樊仲維:我國在大功率雷射技術與材料領域呈現出「兩端強,中間弱...

2021-01-19 極客網FromGeek

9月9日消息（樂思）在今日召開的第22屆中國國際光電博覽會開幕式暨2020中國國際光電高峰論壇上，中國科學院空天信息創新研究院副院長、研究員、中國光學學會學士樊仲維發表了以《大功率雷射材料與器件技術發展》為主題的演講。

在演講中，他介紹了中國科學院空天信息創新研究院近年來在大功率雷射材料與器件技術方面所做的工作成果以及對於未來行業發展的展望。

過去五年的進展與成果

樊仲維表示，過去的五年，雷射器方面大概分為三個類別進行布局。一是基礎研究和前沿技術。這裡面包括雷射與物質相互作用機理、關鍵雷射元器件老化損傷機理研究;大模場高増益雙包層石英光纖生長技術研究;稀土離子高濃度均勻摻雜、光纖暗化機理及調控方法研究、大功率雷射器用新型高密度散熱材料及散熱方式研究;紫外晶體材料生長技術研究;高光束質量半導體雷射技術及半導體光子晶體雷射技術研究;大尺寸低損耗雷射晶體材料生長技術研究;深紫外、中紅外非線性光學晶體材料生長和器件研究。

二是重大共性關鍵技術，總共部署了六個項目。包括高亮度光纖耦合半導體雷射泵浦源、高損傷閾值的光纖光柵與光纖合束器、高功率包層功率剝離器等製備技術研究；高亮度半導體雷射泵源材料及光纖耦合技術研究;高功率單頻光纖雷射技術研究及高轉換效率中紅外光參量振蕩及放大技術研究;高重頻納秒雷射放大技術研究;飛秒超短脈衝雷射技術研究。

三是典型應用示範方面，選擇了四個方面大功率雷射材料與器件在精密檢測領域的應用示範研究:半導體雷射器及固體雷射器在醫療領域的應用示範研究;大功率雷射器在風電軸承表面強化、表面清洗等領域的應用示範研究。

過去幾年，在這些領域取得了一些標誌性的成果。據樊仲維介紹，在材料基礎研究領域，取得了五大成果：成果一揭示了高發光效率量子阱發光機理，研製出新型藍綠量子阱材料。行業降低了歐姆接觸電阻，提高發光效率20%以上；獲得高效率InGaP紅光／InGaN藍光和綠光量子阱材料，實現64W／cm2的功率密度，連續老化超過1000小時。成果二基於GaN材料的紫外半導體雷射器，實現了室溫電注入連續激射。成果三提出了新型材料生產方案，實現Φ200mm口徑高性能Nd:CaF2晶體。成果四生產了大尺寸LBO晶體和YCOB晶體，研製出新型深紫外ABF晶體。成果五研製成功世界上最大尺寸，高均勻性鈦寶石晶體。

在器件研究製備領域，實現了萬瓦級光纖雷射器核心元器件國產化；實現了高衍射效率高損傷閥值的反射光柵。研製出小體積雷射顯示樣機用高功率小體積紅綠藍雷射模組。在整機集成應用領域，實現了國際最小體積100英寸三基色雷射電視樣機。製備出了5kW光纖雷射器。

未來有三大重點發展任務

樊仲維表示，在大功率雷射技術與材料領域的總體情況是「兩端強，中間弱」，即人工晶體的研發能力和技術水平在國際上處於領跑地位。在人工晶體領域，深紫外非線性光學晶體波長已經突破177nm;大尺寸雷射與非線性光學晶體Nd:YAG/LBO/鈦寶／Yb:CaF2突破200mn。超強超短雷射裝置，突破I0PW。在雷射精密加工應用市場也呈現出領跑態勢。

大型雷射裝置、部分高能雷射領域和國際並跑。比如全固態高功率雷射:突破了100KW。「神光」系列雷射裝置。

但在一些領域還處於跟跑狀態。如，高功率光纖雷射器，單纖輸出能力及合束輸出功率。新型中遠紅外晶體:新晶體直接輸出中波波段雷射的探索。半導體雷射泵浦源:功率、效率不足，市場佔有率低。在高端雷射器領域，高端雷射器及關鍵器件基本依靠進口，成為制約雷射應用產品品質的瓶頸。

樊仲維表示，基於此，未來有三大重點發展任務：

第一、繼續鞏固在人工晶體方面形成的技術創新優勢。解決泵浦類半導體雷射器產業化關鍵技術和工藝向題，補齊光纖材料和光學器件方面的技術短板，提高大功率雷射材料與器件產業規模。

第二、保障國家重大工程關鍵器件不受制於人。解決高性能人工晶體、半導體雷射器光纖、光柵、開關等材料與器件的關鍵技術問題，實現工程化和產業化。

第三、增強我國雷射加工行業核心競爭力。高性能超快雷射器產業化，改變我國精密雷射加工設備中超快雷射器基本依賴進口的局面。大幅提升國產雷射器佔有率。

樊仲維表示，未來五年，希望政府在大功率雷射材料上不要縮減投入，保持在2億左右的投入，也希望能夠藉此帶動地方、企業投入5億左右的資金，共同的把未來行業三大重點發展任務落實，為雷射器的發展做出貢獻。

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