2016-01-14 摘自新材料在线
导读：全球半导体激光市场有望在2020年前超过76.9亿美元，高功率二极管激光器在半导体激光器市场中将获得最快的增长。
图1 半导体激光器
据相关数据显示，全球半导体激光市场有望在2020年前超过76.9亿美元，高功率二极管激光器在半导体激光器市场中将获得最快的增长，在预测周期内的年度复合增长率有望达到8.6%。同时，亚太地区将是半导体激光器市场份额{zd0}和增长速度最快的区域。中国、印度、韩国、日本以及澳大利亚等国家不断发展的通信产业成为这一市场的主要增长因素。欧洲和北美也有望随着该地区主要国家经济情况的改善，而在未来实现稳步增长。
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广。由于以上诸多优势，半导体激光器在工业应用、照明、投影、通信、医疗以及科研等领域已经应用相当普遍。接下来，小编将带您简单回顾半导体激光器在2015年里所取得的相关进展。
1、新型太赫兹半导体激光器
加州大学洛杉矶分校科研人员利用新方法制造出太赫兹频率下工作的半导体激光器。这一突破或将带来可用于太空探索、军事和执法等领域的新型强大激光器。在电磁波谱中，太赫兹的频率范围位于微波和红外线之间。太赫兹波可以在不损伤被检测物质的前提下对塑料、服装、半导体和艺术品等进行材料分析，还可以用于分析星体的形成和行星大气的组成。
目前使用可见光的垂直外腔表面发射激光器（VECSEL）已经被广泛用于生成高能束，但是这种技术此前并不适用于太赫兹频率范围。加州大学洛杉矶分校的电气工程副教授本杰明·威廉姆斯带领团队研制了{sg}可以在太赫兹频率范围使用的VECSEL。
为了使VECSEL在太赫兹频率范围发出高能束，威廉姆斯团队研制出带有一个叫做“反射阵超材料表面镜”装置的VECSEL。这种装置之所以如此命名，是因为它包含一个由大量微小天线耦合激光腔组成的阵列，这样当太赫兹波经过这个阵列时就“看”不到激光腔，反而会被反射回去，就像被普通的镜子反射回去一样。
“把超材料表面和激光器结合起来还是{dy}次。”威廉姆斯表示，这一方法既可以使激光器在太赫兹频率范围输出更大的功率，还可以形成高质量的激光束，而且超材料的使用可以让科研人员对激光束进行进一步的设计，以生成理想的极化度、形状和频率等。
2、全球{sk}连续波高功率蓝紫光半导体激光器
10月，松下公司宣布已研发出一种蓝紫光半导体激光器，其工作输出功率为4.5瓦，即使在激光器的{zd0}工作温度(60℃)下，其输出功率也能达到传统激光器的1.5倍。该激光器还可以实现高能量转换效率的激光谐振，其转换效率是传统激光器的1.2倍。松下{dywe}的双面热流封装技术使其成为可能，该技术可以改善散热。这一新开发的激光器将有助于让激光应用系统更加小巧且功耗更低，比如汽车和工业照明以及激光加工设备。
通常，半导体激光器的输出功率会随着激光器芯片温度的上升而下降。此外，由于温度是激光器可靠性的决定因素（这是因为激光器的功能可靠性取决于激光器芯片温度），因此可用于实际应用的实际光输出受到激光器芯片温度限制。传统蓝紫光激光器仅从激光器芯片的一面散热，导致激光器芯片温度上升并将功率输出限制在大约3瓦。需要几十瓦的功率输出的激光系统将需要大量激光器，导致产生更多的热量并且需要更大的散热器。为了解决这一难题，单个激光器需要更高的效率和更大的输出。
新研发的双面热流封装技术可以抑制激光器芯片的温度上升，从而保证激光束输出。由此还可以避免发热导致的激光束输出的下降，实现高输出、高效率运行。因此，在使用多个激光器的激光系统中，激光器的数量可以减少至传统激光器的三分之二。此外，由于散热器的尺寸可以减小，因此系统本身可以更小巧、更轻质。
3、单bar500W峰值功率高占空比微通道水冷叠阵
8月，西安炬光科技股份有限公司拓展了FocusEngine水冷垂直叠阵系列的单bar功率范围。{zx1}的微通道水冷叠阵单bar产品峰值功率由原来的300W拓展到500W，可以在高达10%的QCW高占空比模式下工作，每个产品的厚度最薄可到1.6mm。同原有单bar产品一样，该产品仍然可以组成2~40Bar的垂直叠阵，从而使得叠阵的整体峰值功率更高，体积更小，输出功率密度更大。在目前全世界范围内公开报导可批量生产的高功率半导体激光器中，该产品的单Bar峰值功率是{zg}的。 优化了该产品的散热结构设计，提高了芯片的无缺陷键合工艺技术，使产品的散热能力、热应力及性能一致性都得到显著的提高。
相比于传导冷却封装的半导体激光器产品来说，在高能量输出的情况下，该微通道水冷的产品由于散热距离更短，能通过控制水冷温度更加有效地控制激光波长，激光器在不同环境温度、不同电流、不同占空比情况下工作时，波长更稳定、偏移量更小、偏移量的一致性也更好。这一点对于固体激光器的实用性来说非常有利图2为该系列产品组装后的叠阵产品，可广泛应用于固体激光器泵浦和科研等领域，特别是可作为板条激光器的泵浦光源。使用该产品，可以使泵浦源的功率更高、功率密度更大、体积更小，使得固体激光器系统可以做得功率更大、体积更小、成本更低。
4、638nm红色大功率半导体激光器
三菱电机株式会社推出了一款使用脉冲光可作为投影仪光源的红色大功率半导体激光器"ML562G84"，该激光器可发出波长638nm（纳米）的鲜艳红光，实现了世界{zd0}的2.5W脉冲驱动出光功率。该产品将有助于实现高红光再现性、低功耗的脉冲光投影仪的商用化。新产品的特点：1．通过改变激光器管芯的结构，达到了638nm波长，2.5W脉冲驱动出光功率；2．通过改变封装，实现了业界{dj0}水平的超宽工作温度范围。
5、808nm系列光纤激光泵浦模块
II-VI公司发布了其下一代808nm多模高功率激光二极管单发射器系列产品。该808nm激光二极管单发射器通过优化芯片，实现超过10W功率输出，具有高可靠性及高效率特点，可作为下一代高功率光纤激光器耦合模块，用于泵浦材料加工及医疗应用激光器。808nm系列其他产品，在同样的尺寸及光纤配置（200μm光纤/0.22NA）下，可实现15W到30W的功率输出，满足多种应用需求。
6、峰值功率2千瓦半导体激光器
超高能量激光器是基础科学的工具，用于新兴医疗，尤其用于激光诱导聚变。该系统需要的二极管激光器不仅具有能力，而且可以低成本大批量制造。具体来说，波长范围930-970纳米的二极管激光器棒是大型激光装置中镱掺杂晶体泵浦源的基本构建块，其产生的光脉冲峰值能量达到拍瓦（1015瓦）级和脉冲宽度为皮秒（10-12秒）。这些泵浦源的单个激光棒典型输出功率为300-500瓦。
作为低温激光项目的一部分，FBH目前在优化必要设计和技术，此方向由德国莱布尼茨协会资助。如果每个光子的成本下降，必将生成更高的光功率密度，从而减少所需材料数量。转换效率也必须显著提高以增强系统效率。低温激光采用新颖设计理念，开发创新结构在远低于冰点（-70℃=203K）温度下优化运行，在此低温下可大幅度提高二极管激光器的性能。
依赖于外延设计和封装技术进展，在-70℃（203K）温度下FBH的激光棒发光波长在940纳米附近，输出峰值功率2千瓦，每棒电流2千安，脉冲宽度200微秒，重复频率10赫兹（相应脉冲能量为0.4焦耳）。峰值功率受到{zd0}可用电流的限制。到目前为止，这种功率只能通过至少4个激光棒的光束组合来实现。输出功率1千瓦时光电转换效率为65%，输出功率2千瓦时光电转换效率为56%。这样的激光棒将在未来高能量激光设施发挥重要作用。目前该团队正在进一步提高激光棒转换效率。
FBH负责开发低温激光项目的全价值链，从设计到{dy}个原型构建。正在评估的最终泵浦源可用于高能级二极管泵浦固体激光系统，由美国的LIFE和欧盟的欧洲高功率激光能源研究所（HiPER）现场评估。项目合作伙伴包括美国劳伦斯利物莫国家实验室和英国科学与技术设施理事会（STFC）卢瑟福-阿普尔顿实验室。
7、蓝光可视光半导体激光系统
在450nm这一全新的波长范围，德国DILAS的这款COMPACT系统依旧保证了高效的输出功率及高亮度的光束质量，产品{zd0}输出功率达25W，采用光纤芯径为200μm或400μm，数值孔径0.22的光纤。德国DILAS的COMPACT系列产品一直以便于集成，方便使用，设计紧凑及多功能操作等优点，一直受到用户的好评。这款系统配备了标准的操作界面，用于外部控制，且采用了德国DILAS的被动冷却技术，使系统不再需要去离子水冷却。德国DILAS同时为这套系统提供了19英寸的机架式冷却单元及各种长度的光纤。
与此同时，450nm模块的输出功率可以扩展至100W。应用领域包括照射磷光发光材料以获取白光照明或者被称为“红色材料处理”的金铜材料加工。此外，固体激光器泵浦领域的研究也在持续中。譬如在波长444nm处泵浦掺钛蓝宝石激光器的泵浦或者掺镨激光器。
8、{sg}可直接兼容硅芯片的锗锡半导体激光器
来自尤里希旗下“皮特格林贝格研究所”(PGI-9)和“保罗谢勒研究所”(Paul Scherrer Institute)的科学家们已经用锗和锡制成了实验用的附件，并且在硅晶片上进行了测试。保罗谢勒研究所在测定之后发现，锗锡化合物可以同时产生和放大激光信号，而且锡元素对这种新设备的光学性能显得非常重要。
PGI-9博士生Stephen Wirths补充道：“高含锡量决定了它的光学性能，这是我们首次在晶格中掺入了超过10%的锡而没有损失其光学品质”。
目前电子系统中所使用的半导体激光器，主要由元素周期表中的第三族或第五族元素所组成，比如砷化镓。也正因为如此，由这些材料制成的激光器无法与其它硅基半导体装置直接兼容(不仅困难，而且费力)。此外，由于其连接材料拥有不同的系数，装置的使用寿命也会有所降低。
PGI-9博士Dan Buca表示：“这款激光装置可以在有史以来的{zd1}温下工作(零下183摄氏度/零下297.4华氏度)”。相信这款测试系统在优化之后，还会带来更加优异的性能表现。
此外，同步电路的时钟信号可使用高达30%的能量，这样可以在光传输过程中节省大量能量。
9、新型电泵浦半导体激光器
耶鲁大学开发的一种新型半导体激光器有望显著提高下一代高科技显微镜、激光投影仪、光刻、全息摄影和生物医学成像的图像质量。基于混沌空腔激光技术，该技术结合了传统激光器的高亮度优点和发光二极管（LEDs）的低图像损毁性优点。近年来，寻求高速、全景成像应用所需的更好光源，已经成为该研究领域的热点。
研究论文的共同作者、应用物理学与物理学教授A. Douglas Stone说道：“许多基础研究最终都发展为有社会价值的重大发明，混沌空腔激光技术就是其中一个。此前，所有基础工作主要是为了了解尚未投入应用的激光类别——随机激光和混沌激光。最终，通过相关学科知识的综合运用，我们发现这些激光正好可以解决成像和显微镜方面的很多问题。”
在这些问题中有一个被称为“散斑”（speckle)，是一种随机的、粒状的图案，由较高的空间相干性（high spatial coherence）引起。在传统激光器中，较高的空间相干性会严重影响成像效果。一种避免散斑的方法是使用LED光源，但对于高速成像来说，LED光源的亮度不够。这种新型的电泵浦半导体激光器提供了一种不同的解决方案，在产生强烈光发射的同时，具有很低的空间相干性。
“对于全景成像，散斑的对比度应该低于4%，这样才能避免对人们的观察产生干扰。”该论文的通讯作者、应用物理学教授Hui Cao说道，“正如我们文章中展示的那样，标准边射型激光器产生的散斑对比度高达50%，而我们的激光器的散斑对比度只有3%左右。所以这种新型激光器xxxx了全景成像中所遇到的问题。”
该论文的共同作者、放射诊断和生理医学助理教授Michael A. Choma说：“激光散斑是将激光应用于临床诊断的最主要的障碍，我们开发这种无散斑的激光器是极有意义的，而考虑将这一技术应用到临床诊断，开发出一种新的临床诊断方法也是很令人兴奋的。”
10、高功率光纤耦合半导体激光器DF系列
“在工业化的激光材料加工领域，半导体激光器的应用非常广泛，比如在汽车产业等特定市场中具有潜力的激光钎焊、激光熔覆及激光硬化”，ROFIN中国公司总经理彭元璋先生解释道，“除了板条式CO2激光器及光纤激光器两款成功产品以外，我们将进一步扩大激光产品范畴，以更好地满足高功率材料加工领域客户的各种需求。光纤耦合半导体激光器可谓是我们产品系列中的珍贵一笔，同时也巩固了ROFIN作为全球拥有最完整激光产品线的企业，在材料加工领域的{lx1}地位。”
准“平顶”模态能量密度分布使得全新半导体激光器可生成高效、平滑的射束轮廓，从而成为激光钎焊、激光熔覆以及激光表面处理的理想工具。DF060HP激光器的模块化设计确保了功率的可扩展性和运行的高可靠性。此外，标准化的用户接口以及远程诊断功能更使其具备了{zj0}的可操作性。
这套系统装有内部/集成冷却装置。对于一些热应用比如激光硬化、熔覆、钎焊而言，可采用多波长设置，而对于一些特定应用，也可根据客户需求采用单波长配置。
得益于ROFIN模块化的生产概念以及在各个应用领域所积累的资深经验，全新系列的光纤耦合半导体激光系统确保了{zg}的加工质量，并且xx符合工业质量要求和安全标准。凭借其紧凑、易于集成以及多样的可选功能，DF半导体激光系列给予工业生产线{zd0}的灵活性和{zg}效的
关键词：半导体激光器、高功率二极管激光器、双面热流封装技术、传导冷却封装、激光钎焊、金锡焊片、Au80Sn20焊片、Au88Ge12、预置金锡盖板、铟合金焊料片、锡银铜SAC焊料片、无铅焊料、银铜焊片、Ag72Cu28、In52Sn48、铟银合金焊片、Sn96.5Ag3.5、Sn90Sb10、锡铅焊片、金基焊料 、银基焊料、铟基焊料、金锗焊料、金锡焊料封装、金锡焊料、半导体高密度封装、 先艺电子、xianyi、www.xianyichina.com
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