1、引 言

半導體激光器具有體積小､重量輕､電光轉換效率高､可靠性高和壽命長等優點，在工業加工､生物醫療和國家防禦等領域具有重要的應用[1-10]｡1962年，美國科學家成功研制出了第一代GaAs同質結構注入型半導體激光器[11-12]｡1963年，前蘇聯科學院約飛物理研究所的Alferov等[13-14]宣布成功研制了雙異質結半導體激光器｡20世紀80年代以後，由于引入了能帶工程理論，同時湧現了晶體外延材料生長新工藝[如分子束外延(MBE)和金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)等]，量子阱激光器登上曆史舞台，大大提升了器件性能，實現了高功率輸出｡

大功率半導體激光器主要分為單管與Bar條兩種結構[15]，單管結構多采用寬條大光腔的設計，并增加了增益區域，以實現高功率輸出，減少腔面災變損傷；Bar條結構為多個單管激光器的并聯線陣，多個激光器同時工作，再經過合束等手段實現高功率激光輸出｡最初的大功率半導體激光器主要應用于泵浦固體激光器和光纖激光器，波段主要為808nm和980nm｡随着近紅外波段高功率半導體激光單元技術的成熟和成本的降低，使得以之為基礎的全固态激光器和光纖激光器性能不斷提升，單管連續波(CW)輸出功率從20世紀90年代的8.1W達到29.5W[16]水平，bar條CW輸出功率達到1010W[17]水平､脈沖輸出功率達到2800W[18]水平，極大地推動了激光技術在加工領域的應用進程｡半導體激光器作為泵浦源的成本占固體激光器總成本的1/3~1/2，占光纖激光器的1/2~2/3｡因此，光纖激光器和全固态激光器發展之快，大功率半導體激光器的發展功不可沒｡

随着半導體激光器性能的不斷提高､成本的不斷降低，其應用範圍也越來越廣｡如何實現大功率的半導體激光器一直以來都是研究的前沿和熱點｡實現大功率的半導體激光芯片，需要從材料､結構和腔面保護這三個方面考慮:

1)材料技術｡可以從提高增益和防止氧化兩方面入手，對應的技術包括應變量子阱技術和無鋁量子阱技術｡2)結構技術｡為了防止芯片在高輸出功率下燒毀，通常采用非對稱波導技術和寬波導大光腔技術｡3)腔面保護技術｡為了防止災變光學鏡面損傷(COMD)，主要技術包括非吸收腔面技術､腔面鈍化技術和鍍膜技術｡随着各行各業的發展，無論是作為泵浦源，還是直接應用，都對半導體激光光源提出了進一步的需求｡在需求更高功率的情況下，為了保持高光束質量，就必須進行激光合束｡半導體激光合束技術主要包括:常規合束(TBC)､密集波長合束(DWDM)技術､光譜合束(SBC)技術､相幹合束(CBC)技術等｡本文主要對上述技術進行了概述｡

2、實現大功率激光的重要技術手段

2.1邊發射大功率半導體激光芯片技術

2.1.1 材料技術

2.1.1.1應變量子阱技術

量子阱作為半導體激光器最廣泛采用的有源區，其内部表現出量子化的子帶和階梯狀态密度，将大大提高激光器的阈值電流密度和溫度穩定性；通過改變勢阱寬度和勢壘高度，可以改變量子化的能量間隔，實現激光器的可調諧特性，與傳統的雙異質結半導體激光器相比，可以有效地降低激光器的阈值電流，提高量子效率與微分增益｡而在量子阱中引入應變則會顯著地改變其本身的能帶結構，通過調整價帶中的重､輕空穴帶的位置，從而增加芯片外延結構的設計參數和自由度｡一般來說，在III-V族三元和四元材料組成的量子阱外延結構中引入壓應變，會加劇能帶函數的變化，從而降低激光器的阈值電流；而引入張應變，則會平緩能帶函數，在一定程度上提高材料在大功率下工作狀态下的增益｡應變量子阱的出現使得通過調節應變獲得所需能帶結構并提高增益成為了可能[19-20]，使半導體激光器的性能出現了大的飛躍｡

1984年，Laidig等[21]最早報道了基于應變InGaAs/GaAs量子阱的激光器，在較高的阈值電流密度(1.1kA/cm2)下獲得了波長為1μm的激光，通過完善工藝将阈值電流密度降低到465A/cm2[22]｡1991年AT&TBell實驗室利用MBE方法降低了阈值電流———低至45A/cm2，基本達到理論極限[23]｡1993年7月，日本的Hayakawa等[24]利用GaAs/AlGaAs張應變量子阱得到了輸出波長在780nm的橫磁(TM)模CW激光器｡

2.1.1.2無鋁量子阱技術

無鋁材料激光器相比有鋁材料激光器具有明顯的優勢:

1)無鋁材料比含鋁材料具有更高的COMD功率密度｡有源區中的鋁容易氧化和産生暗線缺陷，緻使發生COMD時的功率密度減小，更容易産生COMD，從而限制了激光器的功率和壽命｡

2)同時，相對于含鋁量子阱，無鋁量子阱的電阻更低､熱導率更高，因而表面複合速率低､表面溫升低､腔面退化速率慢，對暗線缺陷的攀移有抑制作用，且材料内部退化速率慢｡在1998年，美國的Pendse等[25]最初提出，無鋁量子阱激光器具有更高的可靠性｡1999年，美國的Mawsi等[26]對與GaAs晶格匹配的InGaAsP單量子阱激光器的可靠性進行了研究，證明了無鋁器件的端面溫升比含鋁的AlGaAs激光器低得多，并在10℃工作溫度下，獲得了3.2W的最大輸出功率｡2008年，中國電子科技集團公司第十三研究所報道了無鋁1mm腔長的準連續陣列輸出功率可達40W，無鋁1cm長的鍍膜bar條在180A工作電流下，輸出功率大于185W[27]｡2013年，山東大學報道了無鋁有源區在20A工作電流下，輸出功率達20.86W的激光器[28]｡

2.1.2波導結構技術

2.1.2.1非對稱波導技術

在大光腔結構中，随着波導尺寸的增加，器件的串聯電阻也會增加｡故為降低串聯電阻，通常對p型限制層施以較高的摻雜｡實驗研究發現，光吸收正比于摻雜區的摻雜濃度，并且在p型材料中被空穴吸收光子的損耗大于在n型材料中被電子吸收光子的損耗[29-32]｡這樣，在對稱波導結構中，p型高摻雜區載流子的光吸收是形成内部損耗､導緻效率降低的主要原因｡可以通過p型波導和n型波導的厚度非對稱，折射率非對稱等調節方式，讓光場分布盡量限制在n型區域内擴展，從而降低串聯電阻和内部損耗，獲得較高的效率｡

2007年，中國科學院半導體研究所報道了無鋁有源區非對稱波導結構激光器，波長為808nm，連續工作條件下，輸出功率可達6W[33]，2009年實現了980nm半導體激光，内損耗僅有0.78cm-1[34]，2010年，實現了980nm半導體激光效率58.4%[35]｡2013年，日本的Morita等[36]實現了條寬為100μm，腔長為4mm，CW輸出功率為19.8W，20℃溫度下轉換效率68%的半導體激光器｡2020年，芬蘭的Ryvkin等[37]通過對分對稱波導的折射率､限制因子､載流子濃度､内部損耗等方面的模拟分析，最終設計了短腔結構計算出CW輸出功率達40W的半導體激光器｡

2.1.2.2大光腔技術

為了獲得高輸出功率，提高COMD阈值，需要降低有源區與限制層的光場能量密度｡這就需要增大波導的尺度，增加光斑的尺寸，拓寬光場分布，這就是大光腔技術｡在增加波導尺度的同時，可以優化波導結構，降低激光器的遠場快軸光束發散角｡2005年，德國的Knauer等[38]實現了808nm大光腔結構，獲得了25℃溫度下，CW輸出功率為15W，快軸遠場發散角為18°｡2006年，Bookham公司采用InGaAs/AlGaAs材料，設計了漸變折射率大光腔芯片，在溫度為16℃､電流為20A時，獲得了大于17W的CW輸出功率[39]｡2008年，Xu等[40]采用InAlGaAs/AlGaAs/GaAs材料的漸變折射率新型大光腔結構，實現了25℃溫度下CW輸出功率為23W的915nm激光器｡2009年，德國的Crump等[41]采用InGaAs/GaAsP材料和芯徑2.5μm的大光腔結構，得到了CW輸出功率為20W的975nm單管半導體激光器，壽命大于4000h｡2015年，北京工業大學淩小涵等[42]設計了980nm大光腔單發光條大功率半導體激光器，其CW輸出功率達到12W，經老化實驗得到器件綜合成品率達到40%｡2019年，長春理工大學的喬闖等[43]設計并制作了非對稱大光腔結構，制備了890nm周期的分布式布拉格反射鏡(DBR)光栅，最終實現了輸出功率為10.7W，斜率效率為0.73W/A的激光輸出｡

2.1.3腔面技術

2.1.3.1非吸收腔面技術

通過增大腔面附近量子阱帶隙寬度，使得腔面處對激射波長透明，這就是非吸收腔面技術｡非吸收腔面可以減少因非輻射複合和光吸收産生的熱量及光生載流子的數量，是提高半導體激光器輸出功率和可靠性的有效方法｡目前，非吸收腔面的制作方法主要包括:二次外延生長技術和量子阱混合技術｡二次外延生長是通過刻蝕､再生長一種寬帶隙半導體材料｡這種方法技術難度大､工藝複雜，難以保證結合界面的晶體質量[44]｡量子阱混合技術通過在外延片上進行薄膜澱積或雜質注入，再通過高溫快速退火，使各組成元素發生互擴散，導緻阱､壘組分發生變化，從而增大帶隙結構｡這種方法操作相對簡單，成本低，效果較為明顯[45]，但需要高溫條件下進行熱退火，可能會對器件造成一定的損傷｡

1984年，英國電信研究實驗室利用選擇性外延生長技術制備出非吸收腔面的AlGaAs大光腔激光器，在脈沖輸出(脈寬為100ns)時，得到的輸出功率是普通激光器的2~3倍[46]｡1999年，日本京都大學制備出帶有非吸收腔面的780nmAlGaAs/GaAs大功率半導體激光器，最大輸出功率是傳統激光器的3倍[47]｡2000年，英國格拉斯哥大學制備了具有非吸收腔面的GaAs/AlGaAs半導體激光器，在發生COMD時的最高輸出功率是普通激光器的2倍[48]｡2015年，濱松光電子股份有限公司制備了帶隙差為100meV的非吸收腔面，915nm波段InGaAs寬條半導體激光器的連續輸出功率為20W，可靠工作時間在5000h以上，最大效率超過65%[49]｡

2.1.3.2腔面鈍化技術

半導體激光器的自然解理面極容易被潮解和氧化，氧化物和沾污易成為非輻射複合中心，從而加劇腔面結溫升高的急劇上升，最終導緻COMD，使得器件失效｡腔面鈍化能夠有效地去除半導體激光器腔面的沾污和氧化層等雜質，降低腔面的表面态密度，從而有效提高器件的熱穩定性､抑制COMD，最終提升最大輸出功率并提高器件的可靠性，為高性能和穩定工作提供保障｡1987年，貝爾通訊研究公司的Sandroff等[50]發明了腔面硫化處理技術｡采用Na2S·9H2O溶液将GaAs/AlGaAs異質結雙極晶體管(HBTs)腔面鈍化，經硫化處理後的HBT電流增益提高了60多倍｡1996年，Syrbu等[51]在蒸鍍高反/增透膜前利用原位生長ZnSe技術，将980nmInGaAs半導體激光器腔面鈍化，使激光器連續輸出功率提高50%｡

1997年，美國威斯康星大學的Mawst等[52]利用激光輔助化學氣相沉積法在InGaAs雙量子阱半導體激光器腔面處形成ZnSe鈍化層，将器件COD阈值提高了50%｡2005年，德國的Ressel等[53]報道了腔面鈍化無鋁有源區大功率半導體激光器，在激光器的老化過程中表現出優異的性能｡2016年，北京工業大學利用離子銑氮鈍化處理980nm半導體激光器腔面，得到了CW輸出功率為22.5W，器件輸出功率提高了32.14%[54]｡2019年，中國科學院半導體研究所采用射頻等離子體增強反應磁控濺射沉積α-SiNx薄膜對980nm光子晶體激光器進行腔面鈍化｡通過優化氮-氩混合等離子體并采用快速退火的方法，顯著抑制了COMD，提高了器件的性能和激光系統的穩定性[55]｡2019年，中國科學院半導體所在真空中直接蒸鍍一層厚度為25nm的ZnSe材料作為鈍化膜，利用ZnSe薄膜材料大禁帶寬度的特性作為半導體激光器腔面鈍化膜，有效提高半導體激光器輸出功率和器件損傷阈值，提供腔面保護[56]｡

2.1.3.3鍍膜技術

腔面鍍膜技術是大功率激光器的關鍵工藝技術之一，其作用有兩個:1)覆蓋解理腔面，防止有源區氧化，提高可靠性和穩定性；2)改變腔面膜反射率，使得激光器在保持性能的基礎上實現單面出光，提高激光器的輸出功率和激光的利用效率｡因為激光器的腔面是晶體的自然解理面(110面)，其反射率約為31%，在激光器工作時，由于激光器前後腔面反射率大小一樣，因而造成兩個腔面同時出光｡通過腔面鍍膜在激光器的前後腔面分别制備增透膜和高反射膜，高反膜降低了阈值電流，而增透膜提高了器件的量子效率和電-光轉換效率｡該技術主要内容有兩個方面:一是膜系材料的選擇｡首先要考慮鍍層材料的高純性､長期穩定性､附着力､鍍層材料與自然解理面之間的熱匹配和應力匹配､鍍層材料之間的晶格匹配等｡同時還要易于蒸鍍，不會對激光器的自然解理面産生破壞，能夠防止環境氣氛擴散進入器件發光區｡二是确定高反膜的反射率和增透膜的透射率，基本原則是:通過後腔面發射的光盡可能少，使激光盡可能由前腔面透過，同時又不引起明顯的腔面附加吸收和附加損耗｡對于增透膜，膜系材料可以選擇折射率介于波導層有效折射率與空氣折射率之間的材料｡通常選擇Al2O3､SiO2作為低折射率材料，ZrO2､TiO2等作為高折射率材料｡高反膜的反射率一般采用95%~98%，增透膜的反射率一般采用1%~5%｡

2.2大功率半導體激光合束技術

處于近紅外波段(750~1100nm)的邊發射結構半導體激光器發展最為成熟，是當前用于泵浦和加工的大功率半導體激光源主要形式｡根據激光單元數量，激光芯片可分為單管和線陣，前者為單個激光單元，可連續輸出幾瓦至數十瓦功率，後者為多個激光單元在水平方向的集成，可連續輸出幾十瓦至數百瓦功率｡對于激光線陣，根據集成單元方向寬度，可分為寬度10mm的厘米線陣和寬度小于10mm的迷你線陣｡将激光芯片在水平或垂直方向進行一維或二維的光疊加或物理位置疊加，進一步提高輸出功率，如采用微通道封裝的激光線陣在垂直方向物理疊加成疊陣，可輸出上千瓦功率，但也導緻其整體光束質量惡化｡在提升功率時，如何獲得高光束質量半導體激光成為關鍵｡激光合束是實現大功率､高光束質量半導體激光的有效技術途徑之一，它通過幾何或物理光學手段，将多個單元光束合成一束激光｡根據合束激光單元的相幹性，分為相幹合束和非相幹合束｡相幹合束要求精确控制合束單元的光譜､相位等特性，技術較複雜，且相幹合束半導體激光源的性能優勢并不明顯，當前未實用化｡非相幹合束無需考慮單元之間的相幹性，技術相對簡單，是當前實用化大功率半導體激光合束光源的主要實現方式｡非相幹合束可分為傳統合束技術､密集波長合束和光譜合束｡下面對非相幹合束技術進展進行概述｡

2.2.1TBC技術

常規合束技術基于标準的半導體激光芯片，在合束過程中，不影響激光單元腔内諧振，僅通過外部光學元件對激光芯片輸出光束進行整形､空間合束､偏振合束和波長合束來提升整體功率､改善整體光束質量，是當前實現大功率半導體激光源的主要方式｡

其中，空間合束是利用折射或反射，将多束光在空間上進行一維或二維堆疊，增加功率的同時光束質量變差；偏振合束利用半導體激光的線偏振特性，将振動方向相互垂直的兩束線偏振光通過偏振合束元件，其中P偏振光透射､S偏振光反射，光場實現近場和遠場重疊，功率提升近2倍的同時光束質量不變；波長合束是利用激光波長特性，通過波長合束元件，其中波長λ1的光透過(反射)，波長λ2光反射(透過)，兩束光實現近場和遠場重疊，功率提升的同時光束質量不變，通過采用不同的波長合束元件，可以實現多束不同波長(λ1，λ2，…，λn)的激光合束，考慮到半導體激光器自身譜寬､光譜受溫度及電流影響等因素，常規波長合束的相鄰波長間隔一般不低于25nm｡

根據不同封裝形式，基于常規合束技術，目前已發展出激光單管合束光源､線陣合束光源和疊陣合束光源，實現了幾十瓦至數萬瓦級的直接輸出或光纖耦合輸出，應用在光纖激光泵浦､激光加工等方面｡

單管合束光源直接采用激光單管進行合束，由于熱源相對分散，熱流密度相對低，相同熱功率影響下可以采用更高電流驅動，激光單元可輸出超過十瓦的功率及1MW/(cm2·sr)量級的亮度，合束後可從芯徑100~200μm光纖中輸出幾十瓦至千瓦的單波長激光，光束質量為6~20mm·mrad，具有亮度高､成本低及可靠性好等優點，應用在光纖激光泵浦､激光醫療､激光照明等領域｡尤其是在光纖激光器泵浦需求牽引下，單管合束光源的性能出現了快速提升，而成本也大幅度下降｡美國nLight報道采用多個大功率､高光束質量的975nm激光單管，通過空間及偏振合束後進行光纖耦合，實現芯徑105μm的光纖連續輸出功率363W，芯徑220μm的光纖連續輸出功率1000W，可以用于光纖激光器的泵浦[57]｡北京凱普林光電科技有限公司采用156個波長被體布拉格光栅(VBG)鎖定至975.5nm的激光單管，通過空間疊加和偏振合束，使得芯徑200μm､數值孔徑0.22的光纖實現輸出1037W的穩波長､窄線寬激光[58]，以增加光纖激光器泵浦效率｡

線陣合束光源多采用光束質量相對較好的迷你線陣(5~10個激光單元)或者填充因子較低的厘米線陣(填充因子<20%)，單線陣功率為40~80W，合束後功率一般在幾百瓦至數千瓦，耦合光纖芯徑為200~600μm，光束質量為20~60mm·mrad，主要應用在激光焊接等工業加工領域｡由于單管合束光源性能的快速提升，通過多個單管合束光源的組合，已經能夠達到線陣合束光源的性能指标，考慮到單管合束光源的成本及可靠性等因素，線陣合束光源已有被單管合束光源取代的趨勢｡

疊陣合束光源采用微通道封裝的激光線陣合束，借助微通道熱沉的高效散熱能力以及激光芯片多為高填充因子結構，單層微通道線陣輸出功率可達數百瓦，多層線陣垂直疊加後可輸出數千瓦至萬瓦級功率，通過波長合束可以将功率提升到更高水平｡德國Laserline研發出系列大功率光纖耦合産品，連續輸出功率從1.5kW(芯徑400μm､數值孔徑0.1)到45kW(芯徑2000μm､數值孔徑0.2)[59]｡目前，疊陣合束光源多用于激光熔覆､表面硬化等對激光功率要求高､光束質量要求低的工業加工方面｡

2.2.2DWDM技術

相對于常規合束相鄰波長間隔不低于25nm而言，密集波長合束可将波長間隔縮小至納米量級，在不改變光束質量條件下，數倍增加激光單元數量，可以提高合束光源功率和亮度｡密集波長合束關鍵器件:

1)中心波長穩定的窄線寬激光單元，可以通過直接在芯片刻蝕光栅或者通過VBG外腔反饋調制光譜實現；

2)波長間隔較小的合束元件，如高波長陡度的二向分色元件､合束VBG等｡

德國弗勞恩霍夫激光技術(ILT)研究所采用内置光栅方式，直接在集成5個激光單元的迷你線陣上刻蝕不同周期光栅，5個激光單元輸出中心波長間隔為2.5nm的5束不同波長激光[60]，再采用4個二向分色鏡合束，最終耦合進35μm光纖[61]｡該方法實現的窄線寬單元結構穩定，但是芯片光栅工藝要求非常高，一旦某個單元的光譜和位置關系出現偏差，則合束效率急劇降低｡

VBG外腔反饋是當前實現窄線寬激光輸出的主要方式，所采用的半導體激光芯片前腔面鍍增透膜，其後腔面與VBG構成諧振腔，利用VBG衍射光作為種子光調控起振光譜，可實現譜寬窄至0.1nm､溫度漂移0.01nm/℃的激光輸出｡基于該技術，德國DILAS公司從芯徑100μm､數值孔徑0.2的光纖中輸出功率達410W[62]｡德國ILT研究所從芯徑100μm､數值孔徑0.17的光纖中輸出功率超過800W[63]；該研究所也以VBG作為合束元件，通過精密溫控和角度調節4片VBG，實現5個中心波長間隔1.5nm的激光合束[64]｡德國DirectPhotonicsIndustries公司也推出了功率為500~2000W､光束質量為5mmmrad､芯徑為100μm的光纖耦合半導體激光源産品[65]，應用在金屬切割領域｡密集光譜合束技術将芯徑為100μm光纖耦合半導體激光源的輸出功率提升到千瓦量級，相對于常規合束光源，功率和亮度提升了近1個數量級｡

2.2.3SBC技術

相對于前面兩種采用多個合束元件實現多波長激光合束而言，光譜合束技術僅利用單個色散元件即可實現多束波長間隔低至0.1nm的激光合束，進一步提高了合束單元的數量，在相同光束質量下，增加了合束功率和亮度｡

目前采用的光譜合束結構基本構架由美國麻省理工學院于2000年最先報道，他們對推動該技術的發展做了很多工作[66-68]｡該合束基本結構由前腔面增透的半導體激光芯片､變換透鏡､光栅和外腔鏡構成，激光芯片輸出的單元光束經變換透鏡作用到光栅同一位置，然後經光栅和外腔鏡的共同作用，部分光沿原路返回形成種子光，輔助腔内諧振，部分光直接輸出｡返回的種子光的起振波長嚴格滿足光栅方程，由于各子光束的光栅入射角不同而衍射角相同，使得各激光單元起振在不同的波長，經過外腔鏡輸出的激光在近場和遠場均重合，因此實現合束功率為所有單元之和､合束光束質量與單個激光單元一緻的激光輸出｡經過技術轉化，美國Teradiode公司推出了功率為1kW(芯徑為50μm)､2~12kW(芯徑為100μm)光纖輸出系列産品[69]，并報道了功率為360W､2倍衍射極限[70]､亮度達到10GW/(cm2·sr)的半導體激光源，直接将大功率半導體激光的亮度提高2個數量級，為大功率､高亮度半導體激光器的發展指明新方向｡

表1為12kW連續輸出功率下，基于光譜合束的半導體激光器與其他商用激光器的亮度對比，可以看出，半導體激光器超過了CO2激光器､達到了Disk激光器的水平｡同時光譜合束也将芯徑100μm光纖耦合半導體激光源的功率提升到萬瓦量級，相對于常規合束技術，其功率和亮度提升了近2個數量級｡

德國Trumpf提出一種将窄帶濾光片用于外腔反饋波長鎖定結構[71]，通過鍍膜，使窄帶濾光片具有角度-波長篩選特性，隻有同時滿足入射角和波長條件的光才能透過濾光片，這使得激光芯片上不同位置的激光單元起振在不同的波長，實現了波長調制｡利用該技術，進一步結合光栅技術，在200μm芯徑的光纖中實現輸出功率超過5kW[72]｡

激光合束技術除了應用在上述近紅外波段外，在可見光､中紅外波段也實現了廣泛應用｡受激光顯示､汽車大燈及銅､金等金屬加工等應用的驅動，基于GaN基的藍光激光器在近幾年出現了井噴式的發展｡日本Nichia[73]､德國OSRAM[74]､日本Panasonic[75]等公司相繼推出了大功率的藍光激光器芯片｡據Nichia報道，條寬45μm､腔長1.2mm的藍光單管半導體激光器的連續功率超過6W，在3A電流驅動下，5.67W功率輸出時，電光轉換效率達到48%以上[76]｡德國OSRAM研制的激光線陣輸出功率達到107W[77]，并研制出可滿足-40℃~ 120℃工作溫度的藍光激光器[78]｡基于藍光芯片，采用與近紅外波段相似的合束技術，德國Laserline[79]､美國Coherent[80]和美國NUBURU[81]等公司相繼報道了千瓦級的藍光激光器，用于銅的焊接､三維打印等｡其中，美國NUBURU報道芯徑100μm光纖輸出藍激光功率高達1.5kW｡意大利Riva等[82]采用波長間隔4nm的3種藍光模塊通過密集波長合束，從芯徑50μm光纖中實現輸出功率超過100W｡美國Teradiode公司利用光譜合束技術，實現了功率為180W，光束質量僅為1.26mm·mrad×1.31mm·mrad的藍激光[83]，對應的亮度達到1.1GW/(cm2·sr)，也是當前報道的最高亮度的藍光激光器｡

3、結束語

本文針對大功率半導體激光的常用技術進行了總結介紹，主要包括邊大功率發射半導體激光芯片和大功率半導體激光合束技術｡大功率半導體激光器的應用範圍幾乎涵蓋了所有光電子領域｡進一步發展大功率半導體激光技術對于推動我國光電子領域學科發展､推動我國激光産業發展､推動國民經濟升級轉型，有着重要科研､經濟以及戰略意義｡

随着各行各業對激光光源需求的發展，半導體激光器對大功率的需求是永無止境的｡根據應用領域的不同，大功率也不再是唯一的指标｡對于工業加工而言，除了進一步提升輸出功率以外，還需要對光束質量和亮度進行進一步優化；針對不同的材料進行加工時，還需要考慮吸收波段，采用不同波長的激光器進行合束，這就需要對不同襯底材料體系的大功率激光進行研發；為了進一步提升合束功率，還要進一步增加合束的光譜密度，研究新的合束技術；針對泵浦單模光纖放大器或者通過耦合單模光纖輸出的應用領域，保持單模特性，以方便單模光纖耦合為首要目标，在此基礎上盡可能提升輸出功率；在泵浦原子鐘､泵浦激光陀螺､泵浦堿金屬激光器､分離激光同位素､氣體監測､光纖通信､衛星激光通信等領域，需要在維持單波長或窄線寬的情況下盡可能提升輸出功率；對泵浦光纖激光器､固體激光器等在一定吸收波段具有高吸收效率的應用場景而言，需要盡可能提升有用波段的功率，從而提高泵浦效率，降低廢熱，有必要在提高輸出功率的基礎上進行輸出光譜的調整和适當的優化｡

因此，大功率半導體激光器根據行業需求将變得精細化､多樣化｡針對不同行業的應用進行定制化生産的大功率半導體激光器，将是未來的發展方向｡

來源：DT半導體材料

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