다이렉트 다이오드 레이저(DDL): 기술 진화가 어떻게 새로운 시장을 여는가 | IDTechEx Research Article

다이렉트 다이오드 레이저(DDL): 기술 진화가 어떻게 새로운 시장을 여는가 | IDTechEx Research Article

다이오드 레이저 가격 및 성능의 진화는 새로운 시장을 빠르게 개척하고 있습니다. 이 기사에서 IDTechEx는, 반도체 레이저 기술의 발전이 어떻게 레이저 재료 처리 및 산업 제조분야에서 새로운 응용을 가능하게 하는지 제시합니다.

Dr Nilushi Wijeyasinghe
다이렉트 다이오드 레이저(DDL): 기술 진화가 어떻게 새로운 시장을 여는가
다이오드 레이저 가격 및 성능의 진화는 새로운 시장을 빠르게 개척하고 있습니다. 이 기사에서 IDTechEx는, 반도체 레이저 기술의 발전이 어떻게 레이저 재료 처리 및 산업 제조분야에서 새로운 응용을 가능하게 하는지 제시합니다.
 
여기에 대한 논의는 최근 발표된 보고서인 "레이저 다이오드(LD) 및 다이렉트 다이오드 레이저(DDL) (2019-2029년): 기술, 시장 및 예측"을 기반으로 합니다. 이 보고서에서 IDTechEx의 분석가 Dr Nilushi Wijeyasinghe는, 다이오드 레이저 기술, 가치 사슬, 주요 기업 활동 및 글로벌 시장에 대한 포괄적인 리뷰를 제공합니다. 최근의 재료 처리 과정은 사례 연구를 통해 강조되는데, 레이저 물리학 및 반도체 물리학 연구의 배경을 활용하여 새로운 기술 개념을 설명합니다. 10년 단위의 시장 예측 및 기술 로드맵은 1차 및 2차 데이터의 광범위한 분석과 시장 동인 및 제한 사항에 대한 신중한 고려를 바탕으로 합니다.
레이저 다이오드(LD) 및 다이오드 바의 진화
기술 발전으로 인해 레이저는 전문 기술 장비에서 시장의 다양한 종류들로 발전할 수 있었다. 레이저 다이오드는 가장 널리 사용되는 레이저 기술이며, 단순한 반도체 소자이다. 지난 30년 동안, 레이저 다이오드의 평균 출력은 크게 증가했으며 평균 출력당 가격은 기하 급수적으로 감소했다. 따라서, 레이저 다이오드(LD)는 기존의 레이저 및 비-레이저 기술을 대체하면서 완전히 새로운 광학 기술이 가능하게 만든다. 레이저 다이오드(LD)의 성숙한 적용에는 데이터 저장, 데이터 통신 및 고체상태 레이저의 광-펌핑(광여기/광여진)이다. 반대로, 재료 처리 및 광학 감지는 많은 신흥 응용분야에서 빠르게 진화하는 시장 부문의 예이다.
 
단일 레이저 다이오드의 출력은 밀리와트에서 멀티-와트까지 다양하다. 단일 에미터를 레이저 다이오드 바와 바들의 스택에 결합하여 전력을 확장할 수 있으며, 표준 바의 너비는 1cm이다.수십 년 동안, 다이오드 바의 출력을 높이기 위한 경쟁이 치열해지면서 기하 급수적인 성장 추세가 관찰되었다. 상용 다이오드 바 제품은 일반적으로 1마이크론 파장에서 다이오드 바당 200W 미만의 전력을 제공하지만, 레이저 제조업체의 연구개발(R&D) 부문에서는 바 당 평균 출력 1kW를 초과하는 연속파(CW)를 입증한 바 있다. 다이오드 바 출력의 증가는 재료 처리에서 새로운 응용을 가능하게 했지만, 일부 새로운 응용에 있어서는 파장 안정성 및 소자 수명과 같은 레이저
 
파라미터의 향상을 요구한다. 따라서, 권력 경쟁은 더 이상이 시장에서 기업의 우선 순위가 아닌 것이다. 다이오드 레이저 기술의 지속적인 발전은, 정밀 가공을 위한 적외선 빔 품질의 향상과 금속 가공을 위한 새로운 가시 광선 레이저의 개발을 포함한다.
TDTechEx가 수집 및 분석한 데이터에 따른, 1마이크론 적외선 파장에서의 레이저 다이오드 바 출력 전력의 진화. 다이오드 바 출력의 증가는 다이렉트 다이오드 레이저(DDL) 개발에 기여했으며 재료 처리에 새로운 응용을 가능하게 했다. 다이오드 레이저 기술의 발전은 정밀 가공을 위한 적외선 빔 품질의 향상과 금속 가공을 위한 새로운 가시 광선 레이저의 개발을 포함한다. 이미지 소스: IDTechEx
출력 및 정밀도: 신흥 다이렉트 다이오드 레이저(DDL) 기술
이러한 반도체 레이저 기술의 진보는, 멀티 ㎾ 출력의 전력을 생산하는 고출력 직접 다이오드 레이저(HPDDL)를 포함한 직접 다이오드 레이저(DDL)의 개발을 가능하게 한다. DDL은 수많은 다이오드 바를 빔 형성 광학, 제어 전자장치 및 냉각 장치와 결합한다. 기술 발전으로 인해, 멀티 모드 시스템에서 DDL이 20kW를 초과하는 출력을 낼 수 있고
 
이전보다 높은 빔 품질로 멀티 kW의 전력을 생산할 수 있게 되었다. DDL 외에도, Laserline(독일)과 같은 회사는 능동형 광섬유 변환기에 연결된 다이오드 레이저를 제공하는데 이는 4-6mm mrad의 우수한 빔 품질로 4-6kW 출력을 생산한다.
IDTechEx가 수집 및 분석한 데이터에 따른, 1마이크론 적외선 파장에서의 고출력 직접 다이오드 레이저(HPDDL)의 출력 및 빔 품질의 진화. HPDDL은 재료 처리 및 산업 제조를 위해 빠르게 발전하는 도구이다. 이미지 소스: IDTechEx
 
현재의 빔 품질의 획기적인 향상으로, 사용자는 레이저 광을 작은 점에 집중할 수 있게 되었으며 이로 인해 DDL이 금속, 플라스틱 및 복합 재료 처리를 위해 빠르게 진화하는 도구임을 드러났다. DDL은 이제 높은 정밀도와 깊은 침투가 요구되는 레이저 용접과 같은 응용분야에서 섬유 레이저와 경쟁할 수 있게 되었다. DDL은 전기를 직접 레이저 광선으로 변환하지만, 섬유 레이저는 레이저 다이오드 또는 다이오드 바를 통해 광학적으로 펌핑(에너지 입력)되어야 하는 희토류 금속이 첨가된 광섬유를 기반으로 한다. DDL의 단가는, 최대 1kW의 CW 출력을 비교할 때 섬유 레이저보다 현저히 낮다. IDTechEx에서 인터뷰한 주요 기업들을 인용하면, 2018년의 전형적인 단가는 1kW HPDDL의 경우 2만 달러였고 1kW 섬유 레이저의 경우 25000 달러였다. DDL과 섬유 레이저의 가격
 
차이는 1kW 미만의 출력에서는 더 크다. 또한, DDL이 제공하는 파장은 섬유 레이저와 다른데, 이는 DDL이 일치하는 흡수 스펙트럼의 물질을 보다 효율적으로 처리할 수 있음을 의미한다.
 
결과적으로, DDL 및 HPDDL은 산업 생산의 주요 글로벌 트렌드로 부상하고 있다. 고성장 DDL/HPDDL 시장에서의 입지를 강화하기 위해 주요 기업들은 전략적 인수 및 생산 능력 확장에 투자하고 있다. 예를 들어, 파나소닉(일본)은 특허 받은 광학 공정을 통해 고품질 빔을 생성하는 HPDDL에 대한 전문성을 갖춘 레이저 회사인 TeraDiode(미국)를 인수했다. 전체적으로, 위에서 설명한 기술 발전은 탁월한 비즈니스 성장 기회를 제공한다. IDTechEx는, 2029년까지 레이저 다이오드 (LD) 및 직접 다이오드 레이저(DDL)의 세계 시장 규모가 140억 달러를 차지할 것이고, 그중 직접 다이오드 레이저가 20억 달러를 차지할 것으로 전망한다. 이 시장에 대한 자세한 분석은 IDTechEx 보고서 "레이저 다이오드(LD) 및 다이렉트 다이오드 레이저(DDL) (2019-2029년): 기술, 시장 및 예측"에 나와 있습니다. Laser Diodes & Direct Diode Lasers 2019-2029: Technologies, Markets & Forecasts.
레이저 다이오드 시장의 재료 처리 세그먼트의 기술 지도. 검은 윤곽선은 신흥 또는 급속히 진화하는 기술을 나타낸다. 직접 다이오드 레이저(DDL)에 의해 생성된 가시 광선 및 적외선 파장은 다양한 금속, 플라스틱 및 복합 재료를 처리할 수 있다. 최근 IDTechEx 보고서, "레이저 다이오드(LD) 및 다이렉트 다이오드 레이저(DDL) (2019-2029년)"는 이러한 재료 처리 기술과 시장에 대한 분석을 제공한다. 이미지 소스: IDTechEx
밝은 블루 다이오드 레이저를 이용한 용접 및 3D 프린팅 구리
특히 중요한 경향은, 2019년에 Laserline이 출시한 1kW 제품에서 볼 수 있는 용접 및 3D 프린팅 구리와 같은 응용분야를 위한 블루 다이렉트 다이오드 레이저의 개발이다. 블루 레이저 광은, 대부분의 산업용 레이저 시스템에서 생산되는, 1마이크론 적외선 방사가 좋지 않은 금속 가공에서 보다 빠르고 효율적이다. 2018년에 Shimadzu(일본)는 고휘도에서 100W의 전력을 생산하는 BLUE IMPACT 다이오드 레이저를 상용화했다. 이 제품은 일본 전국 프로젝트의 일환으로, 오사카 대학(일본)과 공동으로 개발되었다. BLUE IMPACT 레이저는 Nichia(일본)의 다수의 갈륨 나이트라이드(GaN) 블루 레이저 다이오드를 결합하는데, 이는 2006년 이래로 효율이 두 배가 되고 출력 규모가 증가했다. Shimadzu의 450nm 블루 다이오드 레이저의 주요 응용분야는 3D 프린팅 구리이다. 구리에 의한 블루 레이저 광의 높은 흡수는, 종래의 적외선 레이저에 대한 심각한 문제인 후광반사가 감소된 빠른 프로세스를 가능하게 한다. 새롭게 개발된 3D 프린터는 순수한 구리 가루를 사용하여 효율적으로 물체를 인쇄할 수 있다. 기존의 3D 프린팅 기술은 일반적으로 순수 구리 대신 CuCr1Zr과 같은 구리 합금을 사용한다.
 
Shimadzu의 BLUE IMPACT 다이오드 레이저를 사용하여 CAD 모델(오른쪽)에서 인쇄한 순수 구리 물체(왼쪽). 물체의 아래쪽 절반은 구리 가루에 묻혀 있다. 이미지 소스: Shimadzu
 
IDTechEx Research는 2019년 이후 더 많은 제품이 상품화됨에 따라 구리 처리에서 블루 DDL이 급속하게 채택될 것으로 기대하고 있습니다. 이 주제는 IDTechEx Research의 보고서 "레이저 다이오드(LD) 및 다이렉트 다이오드 레이저(DDL) (2019-2029년) 기술, 시장 및