直接半導體激光器是指可以直接作為高能光源應用在材料加工等方面的半導體激光器，采用半導體材料作為發(fā)射激光的增益介質，粒子在導帶和價帶之間躍遷產生光子，使用電激勵，是直接的電光轉換（電光轉換效率55%），由于是直接的激光輸出，不需要轉換器件，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，在實際應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)中直接半導體激光器得到越來越多的應用，其在精密的錫焊、塑料焊等應用中具有先天優(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的溫度控制尤為重要，在這種情況下，直接半導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)

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，容易導致過燒，而有溫控系統(tǒng)的激光器可按照預先設定的溫度調節(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，減少了工藝調試時間，降低了生產損耗成本。

圖2  有溫控和沒溫控焊接效果對比 (圖片源自網(wǎng)絡)

在激光對物體表面進行加熱的過程中，物體表面因為吸收了激光的能量，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)，觀測點和照射點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)是基于旁軸檢測進行升級優(yōu)化以后的產物，充分利用了光學在工業(yè)領域的應用，能夠更加精準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)

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，調整激光輸出的功率，進而調整激光作用點的溫度，實現(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，能更好的適應工藝應用。

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域，越來越多的項目工藝體會到了半導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，增加了焊點溫度控制系統(tǒng)的激光焊接具有以下優(yōu)勢：

功率實時可調—— 根據(jù)不同部位需求的能量不同，可以實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—— 避免對焊點的機械式擠壓。

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

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

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

長光華芯推出的直接半導體激光器系統(tǒng)，得益于實現(xiàn)快速簡單的操作，與各種溫控系統(tǒng)進行無縫對接，輕易實現(xiàn)自動化控制，從而實現(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)異的產品外，由于產品研發(fā)是從應用端開始著手的，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  長光華芯直接半導體激光器產品

長光華芯是國內最早立項，并量產和銷售直接半導體激光器的公司之一，自2012年以來，長光華芯通過承擔國家項目和多家工業(yè)客戶的驗證，已經(jīng)打造了直接半導體激光器品牌，依托完整的垂直產業(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)激光材料加工領域提供具有技術優(yōu)勢、高性價比的產品解決方案，推進國內直接半導體激光器工業(yè)應用進程，目前長光華芯已推出百瓦級、中功率、高功率三大類多款產品，功率范圍涵蓋10W-6000W，廣泛應用于錫焊，金屬焊接，淬火，熔覆等工業(yè)領域。