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攻克高反金屬加工壁壘：千瓦級(jí)高亮度藍(lán)光直接半導(dǎo)體激光器的技術(shù)突破與應(yīng)用前景
03/25
2026
在新能源、3C電子及航空航天等高端制造領(lǐng)域，銅、金等高反射率金屬材料的精密加工一直是行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)紅外激光（波長(zhǎng)約1μm）對(duì)此類材料的吸收率極低（通常不足5%），導(dǎo)致加工效率低下、飛濺嚴(yán)重，且高功率的反射光極易回返至激光器內(nèi)部，造成光纖輸出頭甚至核心諧振腔的永久性損傷。為破解這一困局，全球激光產(chǎn)業(yè)正積極探索新的技術(shù)路徑。
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藍(lán)光激光：
高反材料加工的“天然克星”
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氮化鎵（GaN）基藍(lán)光激光器（波長(zhǎng)通常為450-470nm）的出現(xiàn)，為高反材料加工帶來了革命性的解決方案。其核心優(yōu)勢(shì)在于，銅、金等金屬在藍(lán)光波段的吸收率可躍升至60%以上，遠(yuǎn)高于紅外波段。這一物理特性的根本轉(zhuǎn)變，意味著激光能量能夠被材料高效吸收，而非大量反射，大幅提升材料加工速度，還能夠避免在加工過程中由于金屬表面反射帶來的光學(xué)器件和半導(dǎo)體激光芯片損傷，從而從源頭上解決了“回返光損傷設(shè)備”和“加工效率低”兩大核心痛點(diǎn)。
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圖 1.不同金屬吸收率vs.波長(zhǎng)
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?亮度躍升：
從“能用”到“高效”的關(guān)鍵一躍
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圖 2. 金屬表面反射光造成的輸出光纖損傷
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盡管藍(lán)光在吸收率上具備先天優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量（BPP值）較差，限制了其聚焦能力和功率密度，難以勝任深熔焊接、高效切割等要求高亮度的任務(wù)。圖 3展示了藍(lán)光半導(dǎo)體激光器將1kW和1.5kW激光聚焦到300μm區(qū)域的熔深區(qū)別[1]?。1kW激光的熔深小于200μm，而1.5kW激光熔深超過800μm。因此，更高的激光亮度能夠進(jìn)一步提升材料加工效率，以及擴(kuò)展相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。提升半導(dǎo)體激光器的亮度，即降低其光束積參數(shù)（BPP），成為將其從“實(shí)驗(yàn)室利器”推向“工業(yè)重器”的核心技術(shù)攻關(guān)方向。
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圖 3. 1kW和1.5kW藍(lán)光半導(dǎo)體激光器熔深對(duì)比
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目前，實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)高亮度輸出的主流技術(shù)路徑包括光譜合束和相干合成等。半導(dǎo)體激光器相干合成難度高，在千瓦級(jí)半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域無應(yīng)用。光譜合束技術(shù)通過將多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光束在空間上疊加，在不顯著惡化光束質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)功率的線性增長(zhǎng)，是當(dāng)前最具產(chǎn)業(yè)化前景的方案之一。然而，該技術(shù)對(duì)激光芯片的波長(zhǎng)控制、線寬窄化及合束光學(xué)系統(tǒng)的精度提出了極高要求。
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j9國際站備用新一代高亮度藍(lán)光激光器
——高反材料加工利器
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j9國際站備用從創(chuàng)立之初即緊隨國際前沿開展光譜合束研究工作，通過多年不懈努力，在2019年成功研制出第二代基于單管芯片被動(dòng)光譜合束技術(shù)的高亮度半導(dǎo)體激光器。從2020年開始，基于自研近紅外激光二極管芯片，相繼推出多款中心波長(zhǎng)覆蓋808nm、915nm、975nm的千瓦級(jí)高亮度半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品。其中975nm半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)100μm/0.22NA光纖輸出功率超2kW，電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到51%[2]?。
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針對(duì)第二代光譜合束激光器光纖容易損傷、體積大、芯片腔面容易失效的難題，在2025年12月成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代主動(dòng)光譜合束高亮度藍(lán)光激光器。
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圖 4. 千瓦級(jí)高亮度藍(lán)光激光器輸出測(cè)試和原理樣機(jī)
圖 5. 32通道光纖陣列近場(chǎng)vs.波長(zhǎng)
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方案基于大功率波長(zhǎng)可調(diào)諧光纖耦合模塊，采用鎵銳芯光國產(chǎn)大功率藍(lán)光半導(dǎo)體激光芯片，通過閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)32路光纖輸出激光的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)完全重合。在443nm至453nm波長(zhǎng)范圍，輸出功率達(dá)到 1.17kW、光束質(zhì)量?jī)?yōu)于5mm*mrad。亮度的大幅提升，使得激光的聚焦能力產(chǎn)生質(zhì)變。輸出功率及原理樣機(jī)照片如圖 4所示。圖 5展示了32通道光纖陣列的近場(chǎng)和波長(zhǎng)分布。
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圖 6. 高亮度藍(lán)光800W功率、F150聚焦透鏡焊接驗(yàn)證結(jié)果
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圖 6為32通道激光光譜合成后使用F150常規(guī)透鏡的無氧銅焊接驗(yàn)證結(jié)果，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使用該激光器以800W功率焊接無氧銅，熔深可輕松超過1mm，充分證明了高亮度藍(lán)光激光在厚材、深熔場(chǎng)景下的巨大潛力。
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在第二代主動(dòng)光譜合束高亮度藍(lán)光激光器研制過程中，j9國際站備用相繼突破高功率藍(lán)光光纖耦合模塊主動(dòng)光學(xué)對(duì)位、寬波長(zhǎng)范圍調(diào)諧、多激光芯片線寬窄化等一些列技術(shù)，為高功率藍(lán)光激光在不同領(lǐng)域的應(yīng)用做了大量技術(shù)儲(chǔ)備。圖 7為高功率藍(lán)光光纖耦合模塊不同電流中心波長(zhǎng)和線寬測(cè)試結(jié)果，可以看出在高電流條件下依然能夠保持窄線寬和高邊摸抑制比輸出。
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圖 7. 高功率藍(lán)光光纖耦合模塊0.5A至3.0A不同電流下中心波長(zhǎng)、光譜寬度和邊摸抑制比測(cè)試結(jié)果
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該產(chǎn)品將亮相本屆慕尼黑上海光博會(huì)，歡迎蒞臨N5館5402j9國際站備用展位溝通洽談！
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j9國際站備用專注于研發(fā)和生產(chǎn)半導(dǎo)體激光芯片，核心技術(shù)覆蓋半導(dǎo)體激光行業(yè)最核心的領(lǐng)域，攻克了一直飽受桎梏的外延生長(zhǎng)、腔面處理、封裝和光纖耦合等技術(shù)難題，建成了完全自主可控的從芯片設(shè)計(jì)、MOCVD（外延）、FAB晶圓流片、解理/鍍膜、封裝、測(cè)試、光學(xué)耦合、直接半導(dǎo)體激光器等完整的工藝平臺(tái)和量產(chǎn)線，擁有2吋、3吋、6吋三大量產(chǎn)線，邊發(fā)射EEL、面發(fā)射VCSEL兩大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，GaAs砷化鎵、InP磷化銦、GaN氮化鎵、SiPho硅光四大材料體系，是全球少數(shù)幾家具備6吋線外延、晶圓制造等關(guān)鍵制程生產(chǎn)能力的IDM半導(dǎo)體激光器企業(yè)之一，面向未來，我們正積極開發(fā)演進(jìn)下一代光芯片平臺(tái)技術(shù)和產(chǎn)品。
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參考文獻(xiàn)：
[1] ? ? Takenaka, K., Sato, Y., Fujio, S., and Tsukamoto, M., “Comparison of melting eciency between blue, green, and ir lasers in pure copper welding," Journal of Laser Applications 35(4) (2023).
[2] ? ? Yu, H., Tan, S., Pan, H., Sun, S., Lin, P., Hu, H., and Wang, J., “High-brightness fiber-coupled diode module using dense wavelength beam combining technology based on single emitter for material processing and fiber amplifier pumping," in [High-Power Diode Laser Technology XX], 11983, 72-78, SPIE (2022).
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