长光华芯发布精密温度反馈半导体激光器
发布时间：2021-05-20 来源：长光华芯
直接半导体激光器是指可以直接作为高能光源应用在材料加工等方面的半导体激光器，采用半导体材料作为发射激光的增益介质，粒子在导带和价带之间跃迁产生光子，使用电激励，是直接的电光转换（电光转换效率55%），由于是直接的激光输出，不需要转换器件，减少了能量损失，相较于光纤激光器效率高、体积小、成本低，能量分布均匀，光斑接近平顶分布，在实际应用中得到的效果比传统激光器更加优越。
在3C电子、5G等行业中直接半导体激光器得到越来越多的应用，其在精密的锡焊、塑料焊等应用中具有先天优势，锡焊、塑料焊的焊接面对温度敏感度很高，因此工作过程中激光焊点的温度控制尤为重要，在这种情况下，直接半导体激光器往往需要配合温度控制系统使用。
图1 激光锡焊工艺 (图片源自网络)
以PCB板的焊接为例，有温控和没有温控的焊接对比（见图2）可以明显看到区别，没有温控系统的激光器输出功率恒定不可控，只能依靠人工来控制加工时间，容易导致过烧，而有温控系统的激光器可按照预先设定的温度调节激光输出功率，从而保证焊接面温度恒定，保证焊接效果及良率，减少了工艺调试时间，降低了生产损耗成本。
图2 有温控和没温控焊接效果对比 (图片源自网络)
在激光对物体表面进行加热的过程中，物体表面因为吸收了激光的能量，温度逐渐升高，同时也会向外辐射出红外光，不同的温度物体会辐射出不同的红外波长的光，这一特性给我们提供了一种控制激光的新思路，由于红外温度的波长与激光的波长有区别，我们可以通过测量激光加工过程中物体发热所辐射出来的红外光波长来判断温度信息，物体被激光照射的位置即是红外光发射的位置，要想获得精确测量数据，观测点和照射点的形状和位置必须做到完全一致。
目前市面上许多此类温度控制系统的检测和加热两部分是分离的，使用时只能依靠人为调试来尽可能保障效果，易用性和精确性都不够理想。而激光同轴温控系统是基于旁轴检测进行升级优化以后的产物，充分利用了光学在工业领域的应用，能够更加精准的检测激光光斑处的温度。
图3 激光同轴温控系统 (图片源自网络)
同轴温控的光路利用不同波段光的透射率与反射率做处理，通过不同的镜片达到高反激光，透射物体温度，继而检测这种红外光谱，经过一系列的电路的检测和处理，调整激光输出的功率，进而调整激光作用点的温度，实现由“激光 →光斑处的温度 → 激光”的闭环控制过程。经过温度控制以后的激光，能更好的适应工艺应用。
图4 激光同轴红外检测温度控制光路示意图
目前在精密锡焊和塑料焊接等加工领域，越来越多的项目工艺体会到了半导体激光器加温控系统所体现的优越性能，正在逐步替换传统的锡焊中的烙铁焊接以及塑料焊接中的超声波焊接等等，相对于传统的方式，增加了焊点温度控制系统的激光焊接具有以下优势：
功率实时可调
根据不同部位需求的能量不同，可以实时的切换控制不同的激光功率或者温度来焊接。
非接触焊接
避免对焊点的机械式挤压。
易实现自动化
半导体激光通过光纤耦合输出，集成温度实时反馈系统，可以实现高效率、高精度、高可靠性及高品质的自动化焊接，体积轻巧恒温控制焊接点，大幅节省生产成本以及生产空间。
易调试
半导体激光器在恒温控制模式控制下，操作更简易，无需太多的工艺调试。
图5 半导体激光器 + 温控软件 + 自动化控制
长光华芯推出的直接半导体激光器系统，得益于实现快速简单的操作，与各种温控系统进行无缝对接，轻易实现自动化控制，从而实现激光温度控制，目前已在市场形成批量稳定的销售，除了性能优异的产品外，由于产品研发是从应用端开始着手的，长光华芯激光系统事业部，对于使用直接半导体激光系统加工的不同材料之间的加工工艺也非常熟悉，因此还可向使用长光华芯半导体激光器的所有客户提供工艺咨询，比如锡焊工艺，塑料焊接工艺等。
图6 长光华芯自研温控软件界面例图
图7 长光华芯直接半导体激光器产品
长光华芯是国内最早立项，并量产和销售直接半导体激光器的公司之一，自2012年以来，长光华芯通过承担国家项目和多家工业客户的验证，已经打造了直接半导体激光器品牌，依托完整的垂直产业链平台，公司于2018年正式成立激光系统事业部，致力于为工业激光材料加工领域提供具有技术优势、高性价比的产品解决方案，推进国内直接半导体激光器工业应用进程，目前长光华芯已推出百瓦级、中功率、高功率三大类多款产品，功率范围涵盖10W-6000W，广泛应用于锡焊，金属焊接，淬火，熔覆等工业领域。
来源：长光华芯
