“三高”半导体激光器亮相北京推介活动 拳头产品有啥优势？
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海报新闻记者 贺辉 郭由 北京报道
11月10日至12日，“好客山东 好品山东”北京推介活动在北京展览馆举办，入选第二批“好品山东”品牌名单的808nm半导体激光器以其高峰值功率、高可靠性、高均匀性的“三高”优势，吸引了不少业内人士的驻足咨询了解。
活动现场，山东华光光电子股份有限公司副总经理刘琦告诉海报新闻记者，该公司是浪潮集团旗下致力于半导体激光器核心元器件研发和生产的高新技术企业，半导体激光器外延材料的开发、芯片设计和器件模组开发，本次推介活动带来了包括半导体激光器外延片、芯片、器件、模组和下游客户的终端产品等在内的多款主推产品。
该公司产品经理介绍，华光光电半导体激光器功率从毫瓦级到千瓦级，波长覆盖紫光波段到近红外波段，产品广泛应用于测量传感、医疗健康、光刻与印刷、激光打印机等领域。其中，入选“好品山东”品牌名单的拳头产品808nm激光器具有高峰值功率、高可靠性和高均匀性等优势。
据介绍，华光光电拥有国内规模较大的激光外延片、芯片、器件、模组及应用产品一条龙生产线，是国际上极少数具有研发能力、并实现量产高功率半导体激光器芯片及器件的公司之一，多项成果达到世界领先水平。
1710 nm半导体激光器，透明和白色塑料焊接应用的新利器
进入21世纪以来，激光技术的发展使得塑料焊接的工艺方案有了更多选择。虽然目前的塑料激光焊接占整个塑料焊接加工的市场份额只有不到20%，但是由于塑料激光焊接的平均效率超过传统焊接工艺的2~3倍，使得塑料激光焊接在整个塑料焊接加工市场的份额占比不断攀升，特别是在一些需要高焊接效率和严格的外观要求的场合，具有非常明显的工艺技术优势。
塑料的激光焊接已经在医用塑料器具、白色家电塑料零件和汽车塑料零件的焊接中被广泛采用。常用的焊接光源是980 nm和808 nm的半导体激光器，而透明和白色塑料在很多焊接应用中需要的高吸收率又催生了1710 nm半导体激光器和2000 nm光纤激光器的发展和应用。
01
常见塑料对红外波长激光吸收光谱的分析
图1 几种常见塑料的红外吸收光谱
图片来源：国际网络
图2 透明聚碳酸酯材料在可见光和近红外的吸收率
测试样品厚度为1 mm，图片来源：国际网络
从图1和图2的常见塑料对红外波长激光吸收光谱可以看出，厚度3.175 mm的塑料材料，大部分对波长1710 nm和2000 nm附近的光吸收率超过70%甚至80-90%, 这对于各种厚度的塑料制品的激光拼焊和1.5 mm以下透明塑料薄板的激光穿透焊是非常有利的，已经在医用塑料器具、白色家电塑料零件和汽车塑料零件的激光焊接中通过了很多实际验证，并开始应用于一系列激光塑料焊接设备中，进行一些塑料部件产品的正式生产，效果良好，受到塑料激光焊接业界的日渐认可。图3-6是几种适合用于激光焊的常见塑料材料。
图3 PMMA医用领域应用较多，焊接效果极好
图片来源：特必灵电子
图4 ABS在汽车领域常见，焊接效果较好
图片来源：特必灵电子
图5 PC材料有较高吸收率，且应用面极广，但熔点较低，如果控温不好容易变色
图片来源：特必灵电子
图6 AS材料，焊接效果极佳，应用面不如前几种材料
图片来源：特必灵电子
02
常见应用实例
医用透明/白色塑料器具的激光塑料焊接
医疗行业使用的塑料制品，很多需要进行激光焊接的加工，生产过程中有极高的品质要求，其中不可额外添加激光吸收剂的品种占90%以上，传统的激光焊接无法适用，业界翘首以盼新一代专用激光器能够解决这个难题。
1710 nm的激光以各种透明和白色塑料对其吸收率高出其他波长的激光几倍至10倍的优越性能，备受医用塑料激光焊接应用的青睐。同样的光功率和光功率密度的1710 nm激光器在不额外添加激光吸收剂的情况下，可以达到或超过其他波长的激光在额外添加激光吸收剂的焊接效果，见图7。
图7 医用透明/白色塑料器具的激光塑料焊接
图片来源：波科激光
3C产品的透明/白色塑料件焊接
3C产品中有很多塑料零部件，其中透明/白色塑料件大约占到30-40%，传统的焊接工艺采用超声波和包含红外波段的卤素灯加热来实现，主要适用于一些外观和焊接质量要求不高和需要追求极低成本的场合，在外观和焊接质量要求较高的场合，半导体激光器是较好的选择，其中的1710 nm激光器因吸收率高，性能更加突出，焊接样品见图8。
从左至右依次为：密封件、手机防水接插件、仪器设备的精密加工面板
图8 3C产品的透明/白色塑料件焊接
图片来源：波科激光、特必灵电子、上海三束激光
汽车塑料零部件的激光焊接
汽车塑料零部件中透明/白色塑料件大约占到30%，常见的透明/白色塑料件是车灯灯罩、内外饰零件和仪表面板等，如果采用传统的超声波焊接和包含红外波段的卤素灯加热焊接工艺，很难达到汽车零部件外观标准的要求，而采用1710 nm半导体激光器作为光源的激光焊工艺，可以很好地解决这个难题，见图9。
从左至右依次为：车灯灯罩、内外饰塑料件、仪表面板
图9 汽车塑料零部件的激光焊接，图片来源：苏州威克锐
03
1710 nm半导体激光器
因透明/白色塑料对1710 nm激光有很强的吸收，用于透明/白色焊接的1710 nm的激光器输出光功率并不像808 nm和980 nm那样至少需要100 W以上，一般只需要几十瓦的光功率就已经足够满足大部分的应用情况，因此目前实际应用的1710 nm半导体激光器（见图10）的光功率主要有22 W、30 W、40 W和60 W。这种激光器的配置包括了激光器模块、水冷板和激光器驱动电源，具有激光器过热保护和连接电脑的各种控制接口。
图10 1710 nm半导体激光器整机
图片来源：QPC Lasers(波科激光)产品手册
综上所述，1710 nm半导体激光器在透明和白色塑料材料的激光焊工艺中扮演了一个新兴力量的角色，不可否认在一些场合下（比如上部材料较厚的穿透焊）有一定的局限性，但是瑕不掩瑜，仍然不失为透明和白色塑料材料激光焊的一大利器，正在逐渐被业界普遍认可和广泛采用。
作者简介
梁民，波科激光研发总监；顾正，上海瀚宇光纤通信技术有限公司项目经理；胡文涛，QPC Lasers和波科激光公司总经理。
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