自从1960年第一台红宝石激光器诞生至今,激光行业虽然未曾像半导体行业那样经历了快速发展,但是人类对激光技术的探索从未止步。
经历了六十多年的发展,激光器的种类,已经从最初的固体激光器,发展出了气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、碟片激光器等多种品类,每种激光器都在自身技术、性能方面不断发展创新,在能量、光束质量和稳定性等方面,始终在向着更高的台阶迈进。
在继光纤激光器技术迅猛发展,为激光产业以及工业应用领域带来了堪称革命性的突破之后,半导体激光器技术也开始迎来快速发展。近年来,全球半导体激光器市场规模稳步提升。Laser Focus World的报道显示,2021年全球半导体激光器市场规模已达到79.46亿美元,同比增长18.17%,2022年市场规模约为87.0亿美元。
半导体激光器作为一种极具潜力的激光技术,它不仅是光纤激光器中最重要的泵浦产品,而且也在向着直接应用不断探索,特别是在工业加工领域,如果能够直接应用,无疑拥有明显的效率优势。目前已经有像LaserLine、凯普林等一众企业在致力于半导体激光器的直接应用。
电动汽车的火爆发展,催生了动力电池制造市场,而动力电池中大量铜材的使用带来的加工需求,带动了高功率蓝光半导体激光器的发展。相比于红外光,铜对蓝光有着更高的吸收率,是铜焊接、增材制造等加工的理想光源。进一步提高蓝光半导体激光器的输出功率、并改善光束质量,能实现更高效的铜加工。最近,厂商们取得的突破让人欣喜,比如,在6月底刚刚结束的德国慕尼黑激光展上,Laserline展示了功率高达4kW的LDM蓝光激光器;Nuburu推出了1kW高亮度蓝光激光器;国内的硬科院也在不断优化蓝光结合红外光的铜焊接方案。
另外,当下发展比较火爆的自动驾驶、消费电子产品中的3D传感等应用,是VCSEL半导体激光器的重要应用市场,VCSEL技术和市场也开始迅速发展,比如通快集成光电二极管的VCSEL实现了诸如眼动跟踪等众多传感功能。一家名为IMARC Group的市场研究公司预计,到2028年VCSEL市场规模将达到45亿美元,2023-2028年间的复合年均增长率(CAGR)达17.4%。
超快是另一个备受关注的技术领域,它代表着激光精密加工技术的最前沿。近年来,随着制造业对精密制造的需求不断增多,超快激光作为真正“锋利的冰冷之刀”,迎来了大显身手的广阔舞台,在切割、钻孔、标记、表面结构化等众多精细加工应用中游刃有余。
在技术参数层面,超快激光的脉冲宽度越来越短,从纳秒、皮秒发展到飞秒,波段范围也覆盖了红外、绿光和紫外。曾几何时,飞秒激光器还只是实验室中的物件,现在已经走向了真实的工业应用场所。业界依然在继续不断挑战着更短的波长、更短的脉宽,30W、50W的紫外飞秒激光器已经付诸使用,比如用于一些热敏材料的高质量切割。
半导体制造是激光技术的一个重要应用市场。作为众多行业的支柱性产业,半导体制造始终位于制造业金字塔是最顶端。近年来,因为一些众所周知的原因,国家开始大力发展半导体产业,激光技术迎来了更广泛的半导体市场。在晶圆制造领域,激光可用于刻图、晶圆划片、晶圆标记等诸多应用,尤其是针对化合物半导体晶圆,如价格昂贵的砷化镓(GaAs)晶圆、氮化镓(GaN)晶圆,紫外激光能够实现边缘光滑、笔直、无碎片的切口,提升材料利用率。在碳化硅(SiC)半导体晶圆的制造中,激光可用于晶圆打标、背金去除、激光隐形改质切割等制程中。