藍(lán)光波長(zhǎng)位于400~500nm波段，該波段光的最大特點(diǎn)之一是容易被銅等高反金屬材料吸收。銅等高反金屬對(duì)藍(lán)光的吸收率，是常見的紅外激光的5-10倍。這一特性，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的高反金屬加工質(zhì)量和加工效率，導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)藍(lán)光激光器的需求急速增長(zhǎng)。

藍(lán)光需求增長(zhǎng)背后的主要驅(qū)動(dòng)力

毫無疑問，藍(lán)光需求增長(zhǎng)背后最大的驅(qū)動(dòng)力，來自于鋰電池制造領(lǐng)域。

在節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的大趨勢(shì)下，以電動(dòng)汽車為主的新能源車正在逐漸取代燃油車。新能源汽車已然是一股不可阻擋的市場(chǎng)新勢(shì)力。2023年初工信部的數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)新能源汽車持續(xù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，連續(xù)8年保持全球第一，市場(chǎng)滲透率再創(chuàng)歷史新高。今年7月初，中國(guó)生產(chǎn)的第2000萬輛新能源車已在廣州下線！中國(guó)有望成為全球首個(gè)跨入新能源汽車年銷量達(dá)千萬輛時(shí)代的國(guó)家。

電動(dòng)車產(chǎn)銷量的持續(xù)增長(zhǎng)，帶動(dòng)了鋰電池市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)繼續(xù)領(lǐng)跑全球，70%的動(dòng)力電池都是中國(guó)制造。

而在鋰電池的制造中，很多環(huán)節(jié)都涉及到銅、鋁等高反金屬材料的焊接，如極耳焊接、方形電池外殼焊接；其中最常用的方形電池，是采用激光焊接部位最多的電池類型。相比于常見的紅外光，藍(lán)光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)無飛濺、無氣孔、焊縫一致性好的焊接結(jié)果，這使得市場(chǎng)對(duì)藍(lán)光的需求空前高漲。

除了工業(yè)應(yīng)用這一巨大驅(qū)動(dòng)力外，藍(lán)光激光還可用于醫(yī)療、水下探測(cè)、照明、顯示等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域顯露出的需求，也在一定程度上促進(jìn)了藍(lán)光激光技術(shù)的發(fā)展。

藍(lán)光激光器的核心技術(shù)

藍(lán)光激光器中最核心的技術(shù)是藍(lán)光單管芯片。

藍(lán)光半導(dǎo)體芯片通常基于InGaN/AlGaN/GaN等材料，經(jīng)過外延生長(zhǎng)、流片工藝、腔面處理、封裝等工藝，形成可用的單管產(chǎn)品。

目前，商用藍(lán)光單管的功率水平為5W，實(shí)驗(yàn)室中能達(dá)到大約10W的水平。能夠提供藍(lán)光單管芯片的廠商并不多，雖然國(guó)內(nèi)也有一些廠商在專攻此領(lǐng)域，但是目前處于主導(dǎo)地位的仍然是幾家德國(guó)、日本企業(yè)，德國(guó)ams OSRAM就是其中之一。

在2023慕尼黑上海光博會(huì)上，《激光世界》雜志有幸采訪到了ams OSRAM系統(tǒng)方案工程部門高級(jí)經(jīng)理夏潔女士。她表示，目前ams OSRAM擁有從激光芯片制造到封裝的完整生產(chǎn)線，目前提供的商用藍(lán)光單管的最高輸出功率為5W。ams OSRAM擁有精湛的工藝加工能力，能夠生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的藍(lán)光單管產(chǎn)品，這也是ams OSRAM在藍(lán)光激光器芯片領(lǐng)域能夠占據(jù)主導(dǎo)地位的核心優(yōu)勢(shì)之一。

藍(lán)光應(yīng)用不斷拓展

談到藍(lán)光的應(yīng)用，夏潔表示，藍(lán)光單管5W的功率水平并不足以滿足工業(yè)加工對(duì)更高功率的需求，因此會(huì)將更多單管產(chǎn)品組合在一起，經(jīng)過光學(xué)合束等處理后，以實(shí)現(xiàn)功率更高的可用于工業(yè)加工的藍(lán)光光源。

從半導(dǎo)體行業(yè)來看，其復(fù)雜性非常高，這與光子學(xué)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)非常相似。與光子學(xué)行業(yè)非常相像，半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)在研發(fā)方面上投入巨資。事實(shí)上，2021年，半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)支出高達(dá)710億美元，在世界所有行業(yè)的研發(fā)投入方面，排名第二。

TO90產(chǎn)品

Blue COSA產(chǎn)品

在本次展會(huì)上，ams OSRAM展示了基于藍(lán)激光芯片組裝30W，100W藍(lán)光激光器的模組樣品，它即是將多個(gè)單管芯片組合，通過光纖耦合輸出，實(shí)現(xiàn)了≥30W, 100W的功率輸出，并實(shí)現(xiàn)了高亮度和高功率密度，可以用于精密的加工任務(wù)。

藍(lán)光作為某些微創(chuàng)手術(shù)的光源，在手術(shù)創(chuàng)面、減少疤痕和患者痛苦方面，將開創(chuàng)出新的創(chuàng)新。據(jù)悉，目前已經(jīng)有一些機(jī)構(gòu)在開展藍(lán)光醫(yī)療應(yīng)用方面的深入研究和探討，ams OSRAM為他們提供藍(lán)光光源。

據(jù)報(bào)道，2011年11月，西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院對(duì)外宣布了世界首臺(tái)輸出功率200W的藍(lán)激光手術(shù)設(shè)備，該設(shè)備在尿道膀胱腫瘤激光剜除術(shù)中，用于的腫瘤整塊剜除。

ams OSRAM還展示了基于藍(lán)激光芯片組裝的激光雕刻模組，模組可提供20W、30W、40W、50W的輸出功率，輸出光斑大小50μm×70μm ~ 80μm×110μm，焦距在20~50mm之間可選。該藍(lán)光模組可用于家用DIY雕刻機(jī)，適用于雕刻金屬、木材、紙張、皮革、塑料等多種材料；還可以切割厚度小于5mm的木材、紙張和皮革。當(dāng)光斑尺寸為50μm×70μm、功率為40W時(shí)，可以在厚度1cm的黃銅表面實(shí)現(xiàn)高精度雕刻；50mm焦距時(shí)，即可雕刻金屬，也能切割木材。

對(duì)于要求更高功率的工業(yè)加工應(yīng)用藍(lán)光激光器，輸出波長(zhǎng)445nm適用于銅、金等金屬材料的焊接、熔覆和增材制造應(yīng)用。也可以將多個(gè)藍(lán)光激光器疊加組合在一起，實(shí)現(xiàn)功率達(dá)千瓦甚至更高的藍(lán)光模組產(chǎn)品，這對(duì)于當(dāng)下最大的應(yīng)用領(lǐng)域——鋰電池制造中的各種銅、鋁等高反材料焊接環(huán)節(jié)而言，能夠在保證加工質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的加工效率。

除了銅等高反材料的焊接應(yīng)用外，銅材的激光熔覆和增材制造，也是藍(lán)光的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。

未來趨勢(shì)

從未來的市場(chǎng)應(yīng)用需求來看，用于新能源車鋰電池制造中的銅等有色金屬材料的焊接，依然是藍(lán)光激光器的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。鋰電池中的極耳、匯流排、頂蓋、模組等眾多焊接環(huán)節(jié)，對(duì)密封性、美觀性、焊接效率等指標(biāo)的高要求，將促使藍(lán)光激光器向著更高的功率、更好的光束質(zhì)量方向發(fā)展。這將在技術(shù)層面進(jìn)一步促使業(yè)界致力于更高功率的藍(lán)光單管產(chǎn)品，據(jù)夏潔透露，ams OSRAM已經(jīng)在開發(fā)功率更高的商用藍(lán)光單管。

除了提升藍(lán)光單管的功率，將單管陣列組合在一起，通過合束方式，能夠?qū)崿F(xiàn)千瓦級(jí)功率，目前產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)有報(bào)道功率高達(dá)4kW的藍(lán)光產(chǎn)品，并且做到了很好的光束質(zhì)量。因此，在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，藍(lán)光合束技術(shù)將會(huì)取得更多新的突破。

更高功率、更高的亮度藍(lán)光光源，將為當(dāng)下主流的鋰電制造在加工質(zhì)量和效率方面，邁上一個(gè)新的臺(tái)階。而更高性能的藍(lán)光光源的出現(xiàn)，也將在工業(yè)加工之外更廣泛的領(lǐng)域，開拓出更多新興應(yīng)用，例如將藍(lán)激光與紅光、綠光三色合成，形成激光白光照明，實(shí)現(xiàn)更鮮艷、更亮、能效更高的顯示顏色，可用于電視屏幕上。

以上文章來源于ACT激光世界，作者Rossie

審核編輯 黃宇