激光合束技術
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
激光合束技術的實例教程
圖5 光纖與聚焦鏡的關系
圖6 聚焦鏡結構示意圖
f_m=r/(n-1)，聚焦鏡玻璃為H-LAF10，相應的折射率和阿貝數為1.787和47.5，計算相應的焦距為4mm
圖7 準直鏡的示意圖
圖8 聚焦鏡結構圖
圖9 激光合束結構圖
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各種激光器結構允許開發高光束質量即高輻射率（亮度）的 高功率激光源 ，然而，所有這些方法都有其局限性，一些設想中的激光應用 需要更高的激光功率和亮度，這在任何已知的激光技術中似乎都是不可行的。另一個問題是，高功率激光系統的開發和制造數量很少，因此設備相當昂貴。
解決這些難題的可行辦法是采用合束原理。它主要是指將多個激光源（通常以激光陣列的形式）的輸出合成在一起，以獲得單一輸出光束。使用可擴展的合束技術，可以獲得功率可擴展的激光源，即使單個激光器是不可擴展的。
一般來說，合束的目的不僅是使輸出功率成倍增長，還要保持光束質量，使輻射率增加的(幾乎)與輸出功率一樣多。因此，將互不相干的光束并排組合在一起通常是不夠的，因為這僅增加光束面積，但不減小光束發散，因此會增加光束參數乘積，降低光束質量。
在這里，我們將展示了如何利用 RP Fiber Power 來分析和優化雙包層光纖設計。由于這涉及到一些復雜的細節，因此 RP Fiber Power 的高度靈活性對于完成這項任務至關重要。
增加亮度的合束方法分為兩類:
相干光合束使用相互相干的光束。相干偏振合束是一種變體，其他技術包括并排合成和填充孔徑合成。在概念最簡單的情況下，具有相同光頻的單色光束被合成在一起。但是，有些相干光束方案會在多頻譜的條件下工作，所有發射器的發射光譜相同。這項技術也可用于寬帶超短脈沖。
光譜合束（也稱為波長合束或非相干合束）不需要相互相干，而是使用具有不重疊光譜的發射器。然后將單束光送入波長敏感的光束組合器，例如棱鏡、衍射光柵、分色鏡或體布拉格光柵。
這些技術將在相應的文章中詳細的討論。這些技術可應用于各種激光源，例如，基于激光二極管(特別是二極管板條)和光纖放大器，也可用于高功率固體激光器和 VECSELs 。
展開 南極熊導讀：半個多世紀以來，關于激光和電子束這兩種能量束中究竟哪一種更適合成為精密焊接金屬的可行技術，學術界一直爭論不下。其中電子束能產生更深的焊接穿透力，但需要真空來防止光束散射，這意味著昂貴的真空室限制了應用的規模。激光的焊縫穿透力較小，不需要真空，也不受真空室的限制，但容易受到氣體污染的影響。所以，它們都有各自的價值主張和應用，。
時間倒退到80年代末和90年代初，美國、德國和瑞典的研究人員開始電子束和激光將腔體內的金屬粉末床焊接成復雜的三維形狀。增材制造（AM）的激光粉末床熔融（LPBF）和電子束粉末床熔融（EB-PBF）技術由此誕生。LPBF由SLM Solutions和EOS在90年代中期實現商業化，而EB-PBF則由Arcam AB在1997年實現商業化。
△EOS的AMCM M 290-2 1kW 激光粉末床融合系統能夠以精細的幾何精度 3D 打印銅部件
將電子束和激光粉末床熔融技術作為競爭技術進行比較可能是不公平的，但25年后，由于各種原因，EB-PBF在整個金屬增材制造市場的應用方面仍然遠遠落后于LPBF，這已經不是行業秘密。
激光與電子束增材技術的發展趨勢
下圖展示了不同機器原始設備制造廠家的EB-PBF技術在不同時間段的發展歷程，該圖揭示了兩個有說服力的觀察結果：
1. 近 20 年來，Arcam 主推LPBF增材制造技術應用，并與其他使用LPBF技術的制造商展開競爭。
2. GE 于 2016 年收購 了Arcam公司 ，進軍增材制造市場，隨后至少有六家新公司同樣進入了這一行業。
△EB-PBF機器OEM廠商的演變。圖片來源：巴恩斯全球顧問公司
讓我們試著將其進一步分解。
展開 Micro LED COG封裝工藝制程是使用激光剝離設備將生長基板上的芯片剝離到臨時基板上，再通過激光巨量轉移設備將三色RGB芯片依次轉移到驅動電路基板后，采用激光巨量鍵合設備將芯片和焊盤進行鍵合，最后進行大屏拼接的過程。當然，各工藝制程環節中均穿插了AOI檢測、激光去除和激光修補的動作。激光剝離技術和激光巨量轉移技術在前兩期中均有詳細講述（可點擊文末鏈接查看），本期我們重點講述Micro LED制程中最重要的環節之一—激光巨量鍵合技術。
Micro LED COG常規制程
Micro LED芯片尺寸的縮小，意味著在制造同樣尺寸大小的顯示屏幕時，Micro LED的驅動電路基板上需要鍵合更多數量的芯片，其焊點大幅增加，鍵合工藝難度因此大幅提升，這對芯片鍵合的制造工藝和設備提出了更高的要求。
傳統鍵合方式利用印章、靜電力等巨量轉移的方式將芯片與目標基板進行貼合后，再采用加熱加壓的方式將芯粒和焊盤進行共晶合金鍵合。目前鍵合多采用Au-In鍵合、Au-Au鍵合和Au-Sn鍵合，效果穩定，鍵合強度大，但Au單價偏高，影響生產成本，不符合Micro LED的商業化發展趨勢；不僅如此，傳統鍵合方式還要克服因為溫度升高，轉移頭和目標基板的熱膨脹系數不一樣而導致的對位偏移等問題。
展開 目前，藍光單管芯片的核心技術仍然以德國、日本企業為主導，現在能夠商用的單管功率為5W，據OSRAM透露，更高功率的單管產品正在研發中。
合束技術是藍光激光器發展的另一項核心技術。通過光束合束，實現更高的輸出功率。在6月份的德國慕尼黑激光展上，Laserline展示了功率高達4kW的藍光激光器，據該公司透露，該款4kW激光器的光束質量也非常高，這無疑將使銅等高反材料的加工，在質量和效率方面，邁上一個新的臺階。
圖4：藍光合束技術（圖片來源：華中科技大學）
毫無疑問，動力電池制造需求是驅動藍光激光器大力發展的關鍵原因之一。全球新能源動力電池裝機量需求到2025年預計達到1000GWh，到2030年預計達到2400GWh。無論是方形電池、圓柱電池還是軟包電池，都需要激光焊接工藝，其中最常見的方形電池采用的激光焊接部位最多。
很多大學和研究機構、以及企業都在致力于藍光技術，除了上述提到的華科大和Laserline，還有長光所、蘇州納米所、廣東硬科院、北京工業大學、上海交大、華南理工等科研機構，以及Nuburu、凱普林、銳科、聯贏激光等企業，都在致力于更好的藍光產品和解決方案。
藍光激光除了用于銅等高反金屬材料的加工外，還可用于這類高反材料的增材制造，以及照明和醫療等應用。
圖5：藍光銅焊接效果（圖片來源：華中科技大學）
激光技術自1960年誕生以來，經過了60多年的發展，雖然沒有半導體行業的發展速度那么快，但是也從未停止前進創新的步伐。
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激光合束技術的最新內容
系統里的透鏡包括FAC/SAC及球面聚焦鏡都是采用市面上標準的透鏡，在典型的光纖耦合14針蝶形封裝中，最多需要三個獨立的透鏡才能提供有效且穩定的耦合。大多數高端激光二極管使用兩個交叉的柱面方形微透鏡來補償激光二極管快軸和慢軸的發散角之間的差異。第一透鏡，稱為快軸準直FAC透鏡，必須具有較大的數值孔徑，由于發散角的緣故，典型焦距約為500μm，由于發散孔徑的尺寸小，發散角通常約為25度。取決于單?；蚨嗄６O管的使用
各種激光器結構允許開發高光束質量即高輻射率（亮度）的 高功率激光源 ，然而，所有這些方法都有其局限性，一些設想中的激光應用 需要更高的激光功率和亮度，這在任何已知的激光技術中似乎都是不可行的。另一個問題是，高功率激光系統的開發和制造數量很少，因此設備相當昂貴。
解決這些難題的可行辦法是采用合束原理。它主要是指將多個激光源（通常以激光陣列的形式）的輸出合成在一起，以獲得單一輸出光束
華中科技大學激光加工國家工程研究中心唐霞輝教授團隊，近年來在致力于藍光半導體激光器合束技術。該團隊的肖瑜教授在大會上做了《藍光半導體激光器及其應用》的主題演講。
在演講中，肖教授重點介紹了藍光半導體激光器的四大核心技術，其中藍光單管芯片是核心技術的最根本。
Micro LED
南極熊導讀：半個多世紀以來，關于激光和電子束這兩種能量束中究竟哪一種更適合成為精密焊接金屬的可行技術，學術界一直爭論不下。其中電子束能產生更深的焊接穿透力，但需要真空來防止光束散射，這意味著昂貴的真空室限制了應用的規模。激光的焊縫穿透力較小，不需要真空，也不受真空室的限制，但容易受到氣體污染的影響。所以，它們都有各自的價值主張和應用，。
時間倒退到80年代末和90年代初，美國、德國和瑞典的研究人員開始電子束和激光將腔體內的金屬粉末床焊接成復雜的三維形狀
