激光器是激光的发生装置,三大功能部件分别为:泵浦源、增益介质、谐振腔。泵浦源为激光器提供光源,增益介质(也称为工作物质)吸收泵浦源提供的能量后将光放大,谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路,振腔振荡选模输出激光。

泵浦源作为能量源,作用是产生光子对增益介质进行激励。泵浦源发出的光子将增益介质中的粒子从基态泵浦(pu­mp)到高能级,以实现粒子数反转。激励机制包括光学激励(光泵浦)、气体放电激励、化学激励、核能激励;目前泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD),主要作用是完成电能到光能的转化。

增益介质用来实现粒子数反转并放大光,同时决定输出激光的波长。增益介质可以采用液体、气体和固体。增益介质的基本要求是在受激后产生光子而不是光热转化,以及增益介质中的粒子需处于相对孤立的状态,才可能发生能级间的跃迁。激光器的增益介质包括气体、液体和固体,特定增益介质决定了激光波长、输出功率和应用领域。气体中具有代表性的是CO2 气体激光器,固体中具有代表性的包括红宝石激光器、半导体激光器和光纤激光器、YAG 激光器等。

谐振腔主要起到“储存”、“提纯”激光的作用。谐振腔通常由两块反射镜构成,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。光子在反射镜之间来回反射,不断在增益介质中引起受激辐射,产生高强度的激光。同时,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率/波长、相位和运行方向,而使得激光具有良好的方向性和相干性。https://t.cn/A6XY9HN8

一,超快激光器市场近几年是激光市场最突出的增长点。皮秒、飞秒激光器也称为超快激光器,通常属于固体激光器,由于具有瞬时功率高、热效应小、加工精度高的优势,被广泛应用于精细微加工领域。由于精细微加工领域多为半导体及光学、显示、新能源及科研等新兴领域,受益于新兴领域的高速成长,超快激光器市场规模近几年保持较高增速,是激光市场最突出的增长点,其增速高于激光器整体增速!未来随着制造业进一步向高精尖、智能化方向发展、激光精细微加工将逐步成为高端精密制造领域的核心加工工艺,推动超快激光器市 场规模继续保持高速增长……

由于光纤激光器应用最为广泛,国内激光器企业以光纤激光器厂商为主,国内超快激光器起步较晚,因此从事超快激光器的企业数量不多,主要有德龙激光、华日激光、国神光电、英诺激光等,国外企业主要有德国通快、美国相干、美国光谱物理等!根据 OF­w­e­ek 介绍,全球超快激光器市场约 80%份额被国外企业占有,而中国超快激光市场规模正以远高于全球水平的增速成长,国产替代空间十分广阔,未来随着国内厂商技术逐步突破,参考光纤激光器行业经验,国内厂商市场份额有望逐步提高。

国产超快激光器产品性能正逐步接近世界领先水平。根据德龙激光招股书中所披露信息,对比德龙激光、 华日激光、国神光电、英诺激光以及几家主要国外厂商的产品性能指标后,不难看出在超快激光器领域,德国通快产品性能指标最为领先,主要系其采取了独特的技术路线。在紫外皮秒激光器以及红外、绿光飞秒激光器方面,德龙激光产品性能指标略逊于美国光谱物理,与美国相干公司相当;在红外、绿光皮秒激光器方面,德龙激光和英诺激光产品性能指标仅次于德国通快,部分指标优于其他国外厂商;在紫外飞秒激光器方面,德龙 激光已量产最大输出功率为10W 的激光器。

二,半导体激光芯片是采用半导体芯片制造工艺,以电激励源方式,以半导体材料为增益介质,将注入电流的 电能激发,从而实现谐振放大选模输出激光,实现电光转换。其增益介质与衬底主要为掺杂Ⅲ-Ⅴ族化合物的半 导体材料,如 Ga­As(砷化镓)、InP(磷化铟)等。

半导体激光芯片根据谐振腔制造工艺不同分为边发射激光芯片(EEL:Ed­ge Em­i­t­t­i­ng La­s­e­rs)和面发射激 光芯片(VC­S­EL:Ve­r­t­i­c­al Ca­v­i­ty Su­r­f­a­ce Em­i­t­t­i­ng La­s­er)两种。边发射激光芯片是在芯片的两侧镀光学膜形 成谐振腔,沿平行于衬底表面发射激光,而面发射激光芯片是在芯片的上下两面镀光学膜形成谐振腔,由于光 学谐振腔与衬底垂直,能够实现垂直于芯片表面发射激光。面发射激光芯片有低阈值电流、稳定单波长工作、 可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤、制造成本低等优点,但输出功率及电光转换效率较边发射激光芯片低。

常见的边发射激光芯片相关产品有单管芯片、光纤耦合模块、巴条芯片、阵列模块等。单管芯片只有一个 发光单元,巴条芯片是由多个发光单元并成直线排列的激光二极管芯片,巴条芯片经过钝化、解膜后,可解理 为单个发光单元的单管芯片,单管和巴条芯片主要用于工业泵浦、科学研究、激光装备等。光纤耦合模块通常 是由单管芯片经过光学整形合束耦合封装而成,主要用于光纤激光器、固体激光器泵浦源等;阵列模块通常是 由巴条芯片集成封装而成,主要用于固体激光器泵浦源等。

VC­S­EL 芯片相比 EEL 芯片结构更为复杂,工艺难度更高。典型的 VC­S­EL 结构自上而下分别是:电流注 入所使用的欧姆接触、P 型的顶部分布布拉格发射镜(DBR),多量子阱有源区、N 型的底部分布布拉格发射镜 以及最底部的 N 型基质。顶部与底部的 DBR 构成激光谐振腔,长度为数微米,与激光波长在同一数量级。工 作时载流子被注入有源区的量子阱中,产生辐射跃迁,经过谐振腔的选模,在垂直于衬底的方向上输出圆形的 激光光束。相比于 EEL 的结构,VC­S­EL 显然更为复杂,工艺难度也更高。其工艺高难度主要体现在 VC­S­EL 谐 振腔短(仅几微米长),导致其单程增益长度也极短,因此就要求制作的分布布拉格反射镜(DBR)材料质量必 须良好,还要求 DBR 的发射率极高(一般要求 99%以上),目前如何获得高质量的 DBR 是 VC­S­EL 制作过程最 主要的难点。

VC­S­EL 最初被广泛应用于光通信领域,目前最主要应用市场是消费电子(占比达七成),未来在汽车市场 (激光雷达、DMS 等)有望获得新的增长。VC­S­EL 最初主要应用于光通信领域,2017 年苹果公司在 iP­h­o­ne X 中取消标志性的 To­u­ch ID,转而采用创新的 Fa­ce ID,该技术实现了 3D 传感功能,实现该功能的核心器件便是 VC­S­EL,自此 VC­S­EL 开始大规模应用于消费电子领域,随后安卓市场也纷纷将 VC­S­EL 应用于其产品的深度传感系统。

根据 Yo­le 数据,2021 年 VC­S­EL 应用市场中,消费电子占比 63.9%,为主要应用领域,其次为电信及 基础设施领域,占比 34.5%,汽车和移动设备领域占比仅为 0.1%,但 Yo­le 预测到 2026 年汽车和移动设备领域 占比将提升至 2.4%。VC­S­EL 在汽车市场的应用包括激光雷达、DMS、AR HUD、激光大灯等,在车载激光雷 达市场中 VC­S­EL 激光雷达将凭借探测距离、人眼安全等方面优势逐步替代 EEL 激光雷达,在 DMS(驾驶员监 测系统)中 VC­S­EL 在隐私保护、受环境光照干扰等方面显著优于 LED,因此未来随着汽车智能化不断推进, VC­S­EL 在汽车市场的应用将迎来新的增长。

激光芯片领域以国外厂商为主导,国内厂商在全球市场份额仍较小。国外企业恩耐、IPG 自产芯片仅用于 生产自身下游产品,不对外销售;武汉锐晶是锐科激光关联方,其生产的激光芯片主要向锐科激光销售。

从产品性能指标来看,长光华芯的高功率单管芯片性能指标已经接近世界领先企业水平。915nm、976nm (975nm)波长的单管芯片主要用于下游光纤激光器的制造,而光纤激光器占工业激光器市场规模的比重较高, 因此,这两种波长的单管芯片下游需求较大,是半导体激光行业的主流产品。激光芯片在一定的条宽范围下, 功率及电光转换效率越高,波长种类越多,反映出技术水平越高,下游应用越广泛。根据长光华芯招股书提供 数据,其高功率单管芯片在 190-230μm 的条宽范围内,公司目前高功率单管芯片输出功率可达到 30W,电光转 换效率可达 63%,技术处于世界领先水平。

VC­S­EL 工艺更为复杂,未来应用前景也更大,市场方面目前仍是国外企业占主导,国内厂商纵慧芯光、 长光华芯等已经掌握 VC­S­EL 制造工艺技术并实现量产,正逐步追赶国际先进水平……

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【建筑可思议】850 | Powerhouse Brattørkaia

The aim of the project is threefold; to maximize the amount of clean energy produced by the building, to minimize the energy required to run it, and to serve as a pleasant space for its tenants and the general public. The building’s site has been carefully chosen to ensure maximum exposure to the sun throughout the day and seasons.
The building provides office spaces for a diversity of commercial tenants, including construction and shipping firms, while also housing a significant public program.

建筑设计:Snøhetta
建筑面积:17800.00 m²
项目位置:Norway
项目时间:2019

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