高功率半导体激光器在激光加工等领域有广泛的应用前景。如何同时获得高功率、高功率密度、高光束质量的半导体激光输出已成为国际上的重大瓶颈技术问题。

1、 国际进展

德国 Limo 采用 38个传导热沉封装激光线阵，形成 8 个线阵合束单元，通过光束整形、偏振合束和四波长合束。德国 Dilas 采用 28 个经过剪裁的激光线阵，然后通过 5 个波长合束单元波长合束，实现 500um 芯径、NA 0.12 光纤输出 3835W连续功率。

美国麻省理工（MIT）、美国 Teradiode、美国 Coherent、美国 Aculight、法国 Thales 和丹麦科技大学（DTU）采用外腔反馈半导体激光光谱合束技术取得重要进展。美国 Teradiode 公司于 2012 年推出芯径 100μm、NA0.2 光纤输出连续功率达 2000W 的产品，目前已经达到6KW，亮度 1468MW/cm2·sr，光束质量3.75mm·mrad，达到相同功率条件下商用全固态激光水平。

2、 近期目标（2年左右）

通过空间合束、波长合束、偏振合束研发出功率大于2kW光束质量好于10mm·rad的高功率半导体激光器，攻克相关工艺技术难题，解决2 -4 mm左右厚钢板的焊接机理与工艺。

3、 科学技术问题

（ 1 ）半导体激光器光谱合束

采用外腔反馈光谱合束(Wavelength  Beam Combining,  WBC)将从半导体激光内部振荡与外部光学系统相结合方式出发，采用前腔面镀增透膜的半导体激光芯片与外部光学系统整体构成谐振腔，每个激光单元振荡波长均与外部光栅色散和外腔反馈匹配，所有激光单元沿相同方向谐振，以保持近场和远场相重合方式输出，实现合束激光的光束质量与激光单元保持一致，而激光功率为所有激光单元总和。

重点研究外腔反馈光谱合束的基本原理，提出满足工业要求的基于透射光栅的外腔反馈光谱合束结构，并结构参数进行优化，分析非光谱合束方向的激光单元位置对光谱合束的影响进行分析，提出增强外腔反馈的方法，实现2kW以上功率的高光束质量的激光输出。

（2）半导体激光器的空间、偏振、波长合束

空间、偏振、波长合束是常见的三种完全非相干的光束合成技术。其核心思路，是将不同空间光强分布、不同偏振态和不同波长的光束耦合到同一光路中，以达到成倍地提高功率密度的效果。

（3）半导体激光器的光纤耦合、光纤合束

重点研究不同结构高功率半导体激光器的合束结构与合适的光纤耦合方式和光纤合束方式。相比于半导体激光器的直接输出，光纤耦合输出能够实现光束的匀化、光束的较长距离传输和光束质量的优化。

（4） 高功率半导体激光器焊接、切割应用研究

高功率半导体激光器及焊接系统的开发 ， 高光束质量高功率半导体激光器及切割系统的开发 ， 半导体激光器直接加工的防反射技术 ， 高功率半导体激光器直接焊接切割机理与工艺优化 。

高功率半导体激光器及其应用，已经培养硕士研究生4名，发明专利2项，湖北省、深圳市、温州市等重大科技创新项目3项。

来源华中科技大学，编辑元禄光电www.whlasers.com