直接半導(dǎo)體激光器是指可以直接作為高能光源應(yīng)用在材料加工等方面的半導(dǎo)體激光器，采用半導(dǎo)體材料作為發(fā)射激光的增益介質(zhì)，粒子在導(dǎo)帶和價帶之間躍遷產(chǎn)生光子，使用電激勵，是直接的電光轉(zhuǎn)換（電光轉(zhuǎn)換效率55%），由于是直接的激光輸出，不需要轉(zhuǎn)換器件，減少了能量損失，相較于光纖激光器效率高、體積小、成本低，能量分布均勻，光斑接近平頂分布，在實(shí)際應(yīng)用中得到的效果比傳統(tǒng)激光器更加優(yōu)越。

在3C電子、5G等行業(yè)中直接半導(dǎo)體激光器得到越來越多的應(yīng)用，其在精密的錫焊、塑料焊等應(yīng)用中具有先天優(yōu)勢，錫焊、塑料焊的焊接面對溫度敏感度很高，因此工作過程中激光焊點(diǎn)的溫度控制尤為重要，在這種情況下，直接半導(dǎo)體激光器往往需要配合溫度控制系統(tǒng)使用。

圖1  激光錫焊工藝 (圖片源自網(wǎng)絡(luò))

以PCB板的焊接為例，有溫控和沒有溫控的焊接對比（見圖2）可以明顯看到區(qū)別，沒有溫控系統(tǒng)的激光器輸出功率恒定不可控，只能依靠人工來控制加工時間，容易導(dǎo)致過燒，而有溫控系統(tǒng)的激光器可按照預(yù)先設(shè)定的溫度調(diào)節(jié)激光輸出功率，從而保證焊接面溫度恒定，保證焊接效果及良率，減少了工藝調(diào)試時間，降低了生產(chǎn)損耗成本。

圖2  有溫控和沒溫控焊接效果對比 (圖片源自網(wǎng)絡(luò))

在激光對物體表面進(jìn)行加熱的過程中，物體表面因?yàn)槲�收了激光的能量，溫度逐漸升高，同時也會向外輻射出紅外光，不同的溫度物體會輻射出不同的紅外波長的光，這一特性給我們提供了一種控制激光的新思路，由于紅外溫度的波長與激光的波長有區(qū)別，我們可以通過測量激光加工過程中物體發(fā)熱所輻射出來的紅外光波長來判斷溫度信息，物體被激光照射的位置即是紅外光發(fā)射的位置，要想獲得精確測量數(shù)據(jù)，觀測點(diǎn)和照射點(diǎn)的形狀和位置必須做到完全一致。

目前市面上許多此類溫度控制系統(tǒng)的檢測和加熱兩部分是分離的，使用時只能依靠人為調(diào)試來盡可能保障效果，易用性和精確性都不夠理想。而激光同軸溫控系統(tǒng)是基于旁軸檢測進(jìn)行升級優(yōu)化以后的產(chǎn)物，充分利用了光學(xué)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠更加精準(zhǔn)的檢測激光光斑處的溫度。

圖3  激光同軸溫控系統(tǒng) (圖片源自網(wǎng)絡(luò))

同軸溫控的光路利用不同波段光的透射率與反射率做處理，通過不同的鏡片達(dá)到高反激光，透射物體溫度，繼而檢測這種紅外光譜，經(jīng)過一系列的電路的檢測和處理，調(diào)整激光輸出的功率，進(jìn)而調(diào)整激光作用點(diǎn)的溫度，實(shí)現(xiàn)由“激光 →光斑處的溫度 → 激光”的閉環(huán)控制過程。經(jīng)過溫度控制以后的激光，能更好的適應(yīng)工藝應(yīng)用。

圖4  激光同軸紅外檢測溫度控制光路示意圖

目前在精密錫焊和塑料焊接等加工領(lǐng)域，越來越多的項(xiàng)目工藝體會到了半導(dǎo)體激光器加溫控系統(tǒng)所體現(xiàn)的優(yōu)越性能，正在逐步替換傳統(tǒng)的錫焊中的烙鐵焊接以及塑料焊接中的超聲波焊接等等，相對于傳統(tǒng)的方式，增加了焊點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)的激光焊接具有以下優(yōu)勢：

功率實(shí)時可調(diào)—— 根據(jù)不同部位需求的能量不同，可以實(shí)時的切換控制不同的激光功率或者溫度來焊接。

非接觸焊接—— 避免對焊點(diǎn)的機(jī)械式擠壓。

易實(shí)現(xiàn)自動化 —— 半導(dǎo)體激光通過光纖耦合輸出，集成溫度實(shí)時反饋系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、高可靠性及高品質(zhì)的自動化焊接，體積輕巧恒溫控制焊接點(diǎn)，大幅節(jié)省生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)空間。

易調(diào)試—— 半導(dǎo)體激光器在恒溫控制模式控制下，操作更簡易，無需太多的工藝調(diào)試。

圖5  半導(dǎo)體激光器 + 溫控軟件 + 自動化控制 (圖片源自網(wǎng)絡(luò))

長光華芯推出的直接半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，得益于實(shí)現(xiàn)快速簡單的操作，與各種溫控系統(tǒng)進(jìn)行無縫對接，輕易實(shí)現(xiàn)自動化控制，從而實(shí)現(xiàn)激光溫度控制，目前已在市場形成批量穩(wěn)定的銷售，除了性能優(yōu)異的產(chǎn)品外，由于產(chǎn)品研發(fā)是從應(yīng)用端開始著手的，長光華芯激光系統(tǒng)事業(yè)部，對于使用直接半導(dǎo)體激光系統(tǒng)加工的不同材料之間的加工工藝也非常熟悉，因此還可向使用長光華芯半導(dǎo)體激光器的所有客戶提供工藝咨詢，比如錫焊工藝，塑料焊接工藝等。

圖6  長光華芯自研溫控軟件界面例圖

圖7  長光華芯直接半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品

長光華芯是國內(nèi)最早立項(xiàng)，并量產(chǎn)和銷售直接半導(dǎo)體激光器的公司之一，自2012年以來，長光華芯通過承擔(dān)國家項(xiàng)目和多家工業(yè)客戶的驗(yàn)證，已經(jīng)打造了直接半導(dǎo)體激光器品牌，依托完整的垂直產(chǎn)業(yè)鏈平臺，公司于2018年正式成立激光系統(tǒng)事業(yè)部，致力于為工業(yè)激光材料加工領(lǐng)域提供具有技術(shù)優(yōu)勢、高性價比的產(chǎn)品解決方案，推進(jìn)國內(nèi)直接半導(dǎo)體激光器工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程，目前長光華芯已推出百瓦級、中功率、高功率三大類多款產(chǎn)品，功率范圍涵蓋10W-6000W，廣泛應(yīng)用于錫焊，金屬焊接，淬火，熔覆等工業(yè)領(lǐng)域。