五、大功率半导体激光列阵及应用产品开发

　　1、课题来源与背景 属吉林省科技发展计划项目，合同号：20075001号。

　　2、技术原理及性能指标 千瓦级半导体激光迭阵是采用半导体工艺在芯片上制备半导体激光器结构，通过迭层集成封装技术、光束整形技术和高效散热技术以形成大功率半导体激光器迭阵光源模块。 (1)准连续输出大功率激光器迭阵：发射波长808nm，波长偏差3nm，15层输出功率：1630瓦； (2)连续输出大功率激光器迭阵：发射波长：808nm，单条输出功率80W/bar，20层输出功率1400W； (3)高光束质量半导体激光熔覆机：发射波长878.4nm，波长偏差1.6nm，输出功率1008.2W(CW)，光束质量79.3*81.2(mm·mrad)2； (4)大功率半导体激光熔覆机：发射波长：808.4nm，输出功率：2600W(CW)；

　　3、技术的创造性与先进性 (1)解决了激光合束关键技术，研制出连续输出2600瓦，光束质量90×175(mm·mrad)2的高效节能半导体激光熔覆机光源。 (2)在国内首次研制出小型化、集成化的双路远程控制半导体激光点火系统，用于国家XXX重大预研项目的固体发动机点火试验，获得成功。

　　4、技术的成熟度，适用范围和安全性 研发出高亮度半导体激光器100套和连续输出2.6kW半导体激光熔覆机产品1套，已提供用户使用。 大功率半导体激光器是激光显示、激光监控、激光加工及激光军事应用的重要光源，目前在上述领域已经获得了广泛的应用。 千瓦级大功率半导体激光器及加工机产品，带有防静电、抗电磁干扰及高能激光的防护措施，不会对环境和人体造成伤害。

　　5、应用情况及存在的问题 建成了年产150万瓦生产能力的大功率半导体激光器工艺线1条，建成了半导体激光器及加工设备研发平台，半导体激光列阵产品开发年合同额1184万元。它的发展将形成相关产业集群，由它带动和支撑的领域产生的经济效益达千亿美元。

　　6、历年获奖情况 本项目攻克了半导体激光高密度集成封装技术、散热技术，是2011年国家技术发明二等奖“高密度集成、高光束质量激光合束高功率半导体激光关键技术及应用”中的部分内容。

　　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。