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大功率半导体激光器研发历程及现状分析

  四、结语与展望

     随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术水平的不断提高,半导体激光器功率及光束质量飞速发展,促进了直接工业用半导体激光加工系统和高功率光纤激光器的发展。目前国际上直接工业用大功率半导体激光器在输出功率5000 W级别已超过灯抽运固体激光器的光束质量,在1000 W级别已超过全固态激光器的光束质量。随着化合物半导体技术的进步,工业用大功率半导体激光器的输出功率和光束质量将进一步提高,将进一步扩展其工业应用范围。在高功率光纤激光器抽运源方面,光纤耦合输出的功率不断上升,光纤芯径和数值孔径不断降低,导致光纤激光器的抽运亮度不断提高,同时成本却不断下降,因此未来高功率光纤激光器的输出功率与光束质量也将不断地提高。可以预计,在未来工业激光加工中,特别是在金属激光加工领域,大功率半导体激光器主要应用在激光表面处理、激光熔覆和近距离激光焊接领域,而大功率光纤激光器主要应用在光束质量要求更高的激光切割和远程激光焊接领域。

     在国内,最近几年高功率、高光束质量大功率半导体激光器相关领域方面也取得了长足的进步,如北京凯普林光电公司在单个单元器件的光纤耦合方面,西安炬光科技公司在半导体激光芯片的封装方面均接近或达到了国际先进水平,北京工业大学在半导体激光器系统方面达到了国际先进水平。但是在半导体激光器的核心部件—半导体激光芯片的研制和生产方面,一直受外延生长技术、腔面钝化技术以及器件制作工艺水平的限制,国产半导体激光器件的功率、寿命方面较之国外先进水平尚有较大差距。这导致国内实用化高功率、长寿命半导体激光芯片主要依赖于进口,直接导致我国半导体激光器系统的价格居高不下,严重影响了大功率半导体激光器在我国的推广应用,同时也限制了我国高功率光纤激光器的研制和开发。可喜的是,随着当前我国化合物半导体器件,如LED、多节GaAs太阳能电池、红外热成像器等技术的不断应用和发展,化合物半导体器件的外延技术和封装技术将不断成熟,这些技术应用于同是化合物半导体器件的半导体激光器,大大促进半导体激光器件的国产化,从而推动半导体激光器这一高效、节能型激光器更广泛地运用于我国的工业、国防、科研等领域中。

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