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                  工業半導體激光器及其應用潛力

                  2022-06-02

                  過去10年光纖激光器無疑是工業激光器里面的明星,應用量大、成長速度很快。光纖激光器的發展進步,在一定程度上,是得益于半導體激光器的發展,特別是國產化,激光芯片以及泵浦源等核心器件其實都是半導體激光器。本文重點不是作為器件用的半導體激光器,而是討論整合后的工業加工用的半導體激光器。

                  半導體激光:最有前景的技術

                  在此之前,許多人看好工業用半導體激光器的市場潛力,因為就電光轉換效率而言,固體YAG激光器和CO2激光器是在15%左右,光纖激光器可以去到30%,而半導體激光器工業用可以做到45%,實驗室已經做到70%了。這意味著輸出同等功率的激光束,半導體激光器更省電,省電就是省錢,為用戶省錢的設備產品肯定會受歡迎的。因此,很多專家認為半導體激光器將成為最有前景的激光器。

                  工業加工用的半導體激光器,一般分為直接輸出和光纖耦合輸出兩種模式。直接輸出半導體激光器的光束是長方形,容易受到背反射、粉塵等因素影響,價格稍便宜;而光纖耦合半導體激光器的光束是圓形,可避免背反射和粉塵的干擾,并且能集成機器人實現柔性加工,但是價格偏貴。目前全球提供加工用高功率半導體激光器的廠商包括相干公司旗下DILAS、Laserline、松下、通快、Lasertel、恩耐,以及國內凱普林、炬光科技、泛波、創鑫、銳科等,聯贏激光也擁有自己的半導體激光器技術,但主要是配合自己焊接應用開發,屬于自產自用。

                  相對于光纖激光器,半導體激光器的光束質量要差一點,所以很少用于切割,當前了解唯一能夠做切割應用的半導體激光器廠商是美國的Teradiode,但該公司已被松下收購。半導體激光器應用最廣泛的是打標、金屬的焊接、熔覆、硬化,以及塑料焊接等應用。

                  先說材料打標,八九年前取代傳統燈泵浦、二氧化碳激光打標的,主要是光纖激光打標和半導體激光打標,二者各有千秋,也各自占據不少份額。20瓦以下的半導體激光器用于打標可以說非常成熟,價格也不高,面對金屬與非金屬材料均有應用。

                  半導體激光應用范圍廣

                  在焊接與熔覆方面,半導體激光器有著很大的用武之地。半導體激光應用于汽車白車身的釬焊已經非常成熟,在大眾、奧迪等部分車型產線上均有裝配,主流功率為4KW、6KW的激光器。一般鋼材的焊接也是半導體激光器的重要應用,另外在五金加工、船舶、軌道交通等也是重要應用領域。而近兩年新型的藍光半導體激光器則在銅材料、電機、電芯等產品有出色的應用潛力。

                  激光熔覆對核心金屬部件的修補翻新,在重工、工程機械行業具有重要的作用和價值。例如礦機的液壓軸、鉆井螺桿、電機轉子、軸承、汽輪機葉片等,運作時間長了均會出現不同程度磨損,更換就很可惜,而且費用很高,這時利用激光熔覆增加涂層恢復原貌,是最經濟的辦法,而半導體激光器是激光熔覆最受歡迎的激光器。過去幾年我們已經看到河北、遼寧、山東、山西、陜西、天津等多個省市激光熔覆快速發展,在煤、油、氣、鋼、機械等發揮了重要作用。隨著國家進一步推進“新基建”發展戰略,帶動老基建的發展,2020年激光應用一個亮點就是在重工和工程機械的切割焊接應用拓展,但同時也一定會帶動激光熔覆的應用,對半導體激光器是一個極大的利好。


                  半導體激光的專業冷卻設備

                  半導體激光器的結構緊湊,在高功率階段對冷水機的制冷要求較高,廣州特域提供高品質半導體激光器冷水機。目前公司擁有從10瓦至數千瓦級的工業冷水機,可適用于半導體激光器冷卻,特域CWFL-4000、CWFL-6000適合4Kw和6Kw半導體激光器的冷卻,具有兩種溫控模式,控溫穩定,可用于不同場合長時間工作,并有多種保護功能,為激光器的良好運作提供重要保障。



                  特域機電擁有從CO2激光器到半導體激光器、光纖激光器以及超快激光器等所有激光器類型適用的冷水機設備,是目前全球激光冷卻設備出貨量排名行業領先的企業,在去年為激光行業提供了高達8萬多臺冷卻設備。

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