海外藍(lán)光激光器的發(fā)展

過去這些年推動激光技術(shù)應(yīng)用主要有兩條路線：第一條是突破技術(shù)瓶頸不斷提升輸出功率，帶來的單瓦激光價(jià)格的大幅下滑，使用成本極大地降低；第二條是新型激光器技術(shù)不斷出現(xiàn)以及應(yīng)用技術(shù)趨于成熟，同時(shí)帶來了新的應(yīng)用拓展，市場需求增加。

功率提升可以算是一種垂直發(fā)展，而新型激光器可當(dāng)作是激光技術(shù)的橫向發(fā)展。功率提升已談過很多，這里不講。重點(diǎn)關(guān)注未來新型激光器怎么發(fā)展，過去的10年，從光纖脈沖到光纖連續(xù)，從單模到多模，又從綠光說到紫外，碟片、半導(dǎo)體、皮秒、飛秒等激光類型均被談?wù)撗芯窟^。飛秒激光器之后，激光的新技術(shù)路線是什么？這是困擾筆者兩年的一個(gè)問題。

有人說是阿秒激光器（attosecond），但目前阿秒激光是科研熱點(diǎn)，全球還沒有成熟的商用阿秒激光器成品案例。這兩年，藍(lán)光激光器逐漸興起，并得到行業(yè)人士關(guān)注。這是一種新型的激光器，它的出現(xiàn)能給激光應(yīng)用帶來什么變化，藍(lán)光激光器的發(fā)展有前途嗎？

海外藍(lán)光激光器的發(fā)展

藍(lán)光激光器是波長約450nm，輸出光譜位于藍(lán)色波段的光源。工業(yè)用藍(lán)光激光器主要是一種半導(dǎo)體激光器，目前已知較早做的是德國半導(dǎo)體激光器廠商DILAS公司，在2015年4月就推出一款波長為450nm的藍(lán)光可視光半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，最大輸出功率25瓦，采用光纖芯徑為200μm或400μm，可以擴(kuò)展至100瓦，可用于材料加工。

同樣是在2015年，日本島津公司宣布成功研制光纖耦合型高亮度藍(lán)光直接二極管激光器“BLUE IMPACT”，該激光器采用了藍(lán)光氮化鎵類半導(dǎo)體激光，是全球首個(gè)完成產(chǎn)品化的激光加工用光源。這款產(chǎn)品在2015年年末榮獲了象征日本尖端技術(shù)的“超級制造產(chǎn)品零件大獎”。到2019年2月，島津宣布與大阪大學(xué)合作開發(fā)出輸出功率達(dá)到1KW的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。

早期的藍(lán)光激光器功率很小，并沒有得到太多的關(guān)注，直到2017年后人們才意識到要發(fā)展高功率藍(lán)光激光器。一般來說，藍(lán)色半導(dǎo)體激光只能以單體輸出，在實(shí)現(xiàn)高功率輸出時(shí)，光束尺寸就會增大，難以保證在保持小光束尺寸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率輸出。選擇耦合方式可以解決這個(gè)問題，即準(zhǔn)備多個(gè)藍(lán)色的光源，讓發(fā)出的光線通過透鏡匯集成光纖。通過光纖輸出激光，這樣不僅容易操作，而且通過將多個(gè)激光單元連接在一起，可以很容易地增加激光功率輸出。

在一個(gè)為期三年的德國政府研究計(jì)劃EffiLAS（高效大功率激光束源）的支持下，德國Laserline公司研制的第一臺藍(lán)光千瓦級半導(dǎo)體激光器誕生了，2018年推出了500瓦的樣機(jī)，2019年在上海光博會首次展示了全球第一款1KW商用藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。至2020年初，該公司已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)2KW藍(lán)光激光器產(chǎn)品商用。

美國NUBURU公司也是一家主要研發(fā)藍(lán)光激光器的企業(yè)，最早在2017年研制出藍(lán)光半導(dǎo)體激光器，繼而在2018年推出150W，在2019年推出500W藍(lán)光激光器，到2020年更是推出了1500超高亮度藍(lán)光激光器。在2020年12月NUBURU宣布完成了新一輪2000萬美元的融資。

2020年2月，媒體報(bào)道了松下公司成功推出了全球最強(qiáng)亮度的藍(lán)光激光器，報(bào)道說其功率為135 W。在直接二極管激光器（DDL）上，采用多波長光束組合（WBC）技術(shù)，產(chǎn)生高質(zhì)量輸出光束。采用這種技術(shù)，只需增加激光源數(shù)量，就可以調(diào)整功率，同時(shí)保持光束質(zhì)量。所產(chǎn)生的激光強(qiáng)度，可能比傳統(tǒng)藍(lán)光激光系統(tǒng)高出兩個(gè)量級。這一技術(shù)部分源于TeraDiode（TDI）公司，2017 年被松下收購。TDI是一家生產(chǎn)高功率高亮度半導(dǎo)體激光器的公司，也是全球唯一能夠做出半導(dǎo)體激光器用于金屬切割的廠家。

中國藍(lán)光激光器的發(fā)展

進(jìn)入2020年，中國的研究單位和企業(yè)陸續(xù)跟進(jìn)，推出了藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。在5月份，深圳聯(lián)贏激光宣布推出國內(nèi)首款藍(lán)光半導(dǎo)體激光器，功率為1KW級，波長為455nm，在焊接銅材時(shí)屬于熱傳導(dǎo)焊接，焊接過程無飛濺，熔池穩(wěn)定，焊后焊縫平整，外觀良好。

幾乎在同一時(shí)間，長期專注于第三代半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的北京大學(xué)光電研究院也成功研制了工業(yè)級藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。

到了9月份，廣東粵港澳大灣區(qū)硬科技創(chuàng)新研究院宣布推出工業(yè)級藍(lán)光半導(dǎo)體直接輸出激光器，該產(chǎn)品輸出功率500瓦，功率穩(wěn)定性小于±2%，結(jié)構(gòu)緊湊，適合用于高反材料的焊接、熔覆，3D打印等。為了確保產(chǎn)品性能，硬科院還推出5臺藍(lán)光激光器招募企業(yè)，提供免費(fèi)使用一年的試驗(yàn)。

也是在9月，在上海工博會上，國內(nèi)光纖激光器領(lǐng)頭羊武漢銳科激光宣布推出了藍(lán)光光纖輸出半導(dǎo)體激光器。當(dāng)時(shí)介紹：藍(lán)色激光進(jìn)行焊接吸收率更高，是紅外波段的10倍左右。目前在銳科網(wǎng)頁可查到一款500瓦的藍(lán)光激光器，該款激光器主要應(yīng)用在金、銀、銅等有色金屬的焊接，可應(yīng)用于新能源電池焊接、3C以及合金的焊接等領(lǐng)域。

目前國內(nèi)外的藍(lán)光激光器在技術(shù)上均屬于半導(dǎo)體激光器的一類，國內(nèi)半導(dǎo)體激光器領(lǐng)頭羊----北京凱普林光電自然不會缺席，凱普林在沒有任何宣傳的情況下默默上線了自己的一款波長445nm/200瓦的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。經(jīng)筆者詢問凱普林技術(shù)人員，該款產(chǎn)品最早是凱普林在2019年美國西部光電展上就已經(jīng)推出的。這么算來，凱普林的產(chǎn)品才是國內(nèi)第一款國產(chǎn)的藍(lán)光激光器。

藍(lán)光激光應(yīng)用前景巨大

藍(lán)光激光相比于紅外激光，在銅材料上有著更高的吸收率，兩者相差接近10倍。假設(shè)加工同樣條件材質(zhì)的銅材料，使用紅外激光使用的是4000瓦，而改用藍(lán)光激光可能800瓦就能達(dá)到同樣的加工效果。

生活中，在電池、馬達(dá)電機(jī)、發(fā)電渦輪機(jī)以及燃?xì)鉅t等大量使用了銅材料，另外在一些電子產(chǎn)品元器件很多地方也用了銅材質(zhì)，相對于紅外激光，藍(lán)光半導(dǎo)體激光器對銅材料加工擁有很大優(yōu)勢。只要未來應(yīng)用工藝成熟，藍(lán)光激光加工的需求量會非常可觀。新型激光器技術(shù)的突破往往會帶來新的材料加工應(yīng)用，藍(lán)光激光器也會是一個(gè)很好的應(yīng)用市場突破。

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