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攻克高反金属加工壁垒：千瓦级高亮度蓝光直接半导体激光器的技术突破与应用前景

03/25

2026

在新能源、、、、3C电子及航空航天等高端制造领域，，，，铜、、、、金等高反射率金属材料的精密加工一直是行业面临的重大挑战。。传统红外激光（波长约1μm）对此类材料的吸收率极低（通常不足5%），，导致加工效率低下、、、飞溅严重，，，且高功率的反射光极易回返至激光器内部，，，，造成光纤输出头甚至核心谐振腔的永久性损伤。。。为破解这一困局，，全球激光产业正积极探索新的技术路径。。。

 

蓝光激光：

高反材料加工的“天然克星”

 

氮化镓（GaN）基蓝光激光器（波长通常为450-470nm）的出现，，为高反材料加工带来了革命性的解决方案。。。。其核心优势在于，，，，铜、、、金等金属在蓝光波段的吸收率可跃升至60%以上，，，，远高于红外波段。。。。这一物理特性的根本转变，，，，意味着激光能量能够被材料高效吸收，，，而非大量反射，，大幅提升材料加工速度，，，还能够避免在加工过程中由于金属表面反射带来的光学器件和半导体激光芯片损伤，，，从而从源头上解决了“回返光损伤设备”和“加工效率低”两大核心痛点。。。

 

图 1.不同金属吸收率vs.波长

 

 亮度跃升：

从“能用”到“高效”的关键一跃

 

图 2. 金属表面反射光造成的输出光纤损伤

 

尽管蓝光在吸收率上具备先天优势，，，但传统半导体激光器光束质量（BPP值）较差，，限制了其聚焦能力和功率密度，，，难以胜任深熔焊接、、、高效切割等要求高亮度的任务。。。图 3展示了蓝光半导体激光器将1kW和1.5kW激光聚焦到300μm区域的熔深区别[1] 。。1kW激光的熔深小于200μm，，而1.5kW激光熔深超过800μm。。。。因此，，更高的激光亮度能够进一步提升材料加工效率，，，，以及扩展相关应用领域。。。。提升半导体激光器的亮度，，即降低其光束积参数（BPP），，，，成为将其从“实验室利器”推向“工业重器”的核心技术攻关方向。。。

 

图 3. 1kW和1.5kW蓝光半导体激光器熔深对比

 

目前，，，，实现千瓦级高亮度输出的主流技术路径包括光谱合束和相干合成等。。。。半导体激光器相干合成难度高，，，，在千瓦级半导体激光器领域无应用。。。。光谱合束技术通过将多个不同波长的激光束在空间上叠加，，，在不显著恶化光束质量的前提下实现功率的线性增长，，，，是当前最具产业化前景的方案之一。。。。然而，，该技术对激光芯片的波长控制、、、线宽窄化及合束光学系统的精度提出了极高要求。。。

 

驰鸣生物新一代高亮度蓝光激光器

——高反材料加工利器

 

驰鸣生物从创立之初即紧随国际前沿开展光谱合束研究工作，，通过多年不懈努力，，在2019年成功研制出第二代基于单管芯片被动光谱合束技术的高亮度半导体激光器。。。。从2020年开始，，，基于自研近红外激光二极管芯片，，，，相继推出多款中心波长覆盖808nm、、915nm、、、、975nm的千瓦级高亮度半导体激光器产品。。。其中975nm半导体激光器实现100μm/0.22NA光纤输出功率超2kW，，，电光转换效率达到51%[2] 。。

 

针对第二代光谱合束激光器光纤容易损伤、、体积大、、芯片腔面容易失效的难题，，在2025年12月成功研制出具有自主知识产权的第三代主动光谱合束高亮度蓝光激光器。。

 

图 4. 千瓦级高亮度蓝光激光器输出测试和原理样机

图 5. 32通道光纤阵列近场vs.波长

 

方案基于大功率波长可调谐光纤耦合模块，，采用镓锐芯光国产大功率蓝光半导体激光芯片，，通过闭环反馈，，实现32路光纤输出激光的近场和远场完全重合。。。。在443nm至453nm波长范围，，，输出功率达到 1.17kW、、光束质量优于5mm*mrad。。亮度的大幅提升，，，使得激光的聚焦能力产生质变。。。。输出功率及原理样机照片如图 4所示。。图 5展示了32通道光纤阵列的近场和波长分布。。。

 

图 6. 高亮度蓝光800W功率、、、F150聚焦透镜焊接验证结果

 

图 6为32通道激光光谱合成后使用F150常规透镜的无氧铜焊接验证结果，，实验验证，，使用该激光器以800W功率焊接无氧铜，，，，熔深可轻松超过1mm，，，充分证明了高亮度蓝光激光在厚材、、、、深熔场景下的巨大潜力。。。。

 

在第二代主动光谱合束高亮度蓝光激光器研制过程中，，，，驰鸣生物相继突破高功率蓝光光纤耦合模块主动光学对位、、、宽波长范围调谐、、多激光芯片线宽窄化等一些列技术，，，，为高功率蓝光激光在不同领域的应用做了大量技术储备。。。。图 7为高功率蓝光光纤耦合模块不同电流中心波长和线宽测试结果，，，，可以看出在高电流条件下依然能够保持窄线宽和高边摸抑制比输出。。

 

图 7. 高功率蓝光光纤耦合模块0.5A至3.0A不同电流下中心波长、、、光谱宽度和边摸抑制比测试结果

 

该产品将亮相本届慕尼黑上海光博会，，，，欢迎莅临N5馆5402驰鸣生物展位沟通洽谈！！！

 

驰鸣生物专注于研发和生产半导体激光芯片，，，核心技术覆盖半导体激光行业最核心的领域，，攻克了一直饱受桎梏的外延生长、、、、腔面处理、、、封装和光纤耦合等技术难题，，，建成了完全自主可控的从芯片设计、、、、MOCVD（外延）、、、FAB晶圆流片、、解理/镀膜、、、、封装、、、测试、、、光学耦合、、、、直接半导体激光器等完整的工艺平台和量产线，，，，拥有2吋、、3吋、、、6吋三大量产线，，，，边发射EEL、、、面发射VCSEL两大产品结构，，GaAs砷化镓、、InP磷化铟、、GaN氮化镓、、、、SiPho硅光四大材料体系，，是全球少数几家具备6吋线外延、、、晶圆制造等关键制程生产能力的IDM半导体激光器企业之一，，面向未来，，，，我们正积极开发演进下一代光芯片平台技术和产品。。。

 

 

参考文献：

[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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