人工晶体领域解决泵浦类半导体激光器产业化关键技术和工艺向题

在今日召开的第22届中国国际光电博览会开幕式暨2020中国国际光电高峰论坛上，中国科学院空天信息创新研究院副院长、研究员、中国光学学会学士樊仲维发表了以《大功率激光材料与器件技术发展》为主题的演讲。

在演讲中，他介绍了中国科学院空天信息创新研究院近年来在大功率激光材料与器件技术方面所做的工作成果以及对于未来行业发展的展望。

过去五年的进展与成果

樊仲维表示，过去的五年，激光器方面大概分为三个类别进行布局。一是基础研究和前沿技术。这里面包括激光与物质相互作用机理、关键激光元器件老化损伤机理研究;大模场高増益双包层石英光纤生长技术研究;稀土离子高浓度均匀掺杂、光纤暗化机理及调控方法研究、大功率激光器用新型高密度散热材料及散热方式研究;紫外晶体材料生长技术研究;高光束质量半导体激光技术及半导体光子晶体激光技术研究;大尺寸低损耗激光晶体材料生长技术研究;深紫外、中红外非线性光学晶体材料生长和器件研究。

二是重大共性关键技术，总共部署了六个项目。包括高亮度光纤耦合半导体激光泵浦源、高损伤阈值的光纤光栅与光纤合束器、高功率包层功率剥离器等制备技术研究；高亮度半导体激光泵源材料及光纤耦合技术研究;高功率单频光纤激光技术研究及高转换效率中红外光参量振荡及放大技术研究;高重频纳秒激光放大技术研究;飞秒超短脉冲激光技术研究。

三是典型应用示范方面，选择了四个方面大功率激光材料与器件在精密检测领域的应用示范研究：半导体激光器及固体激光器在医疗领域的应用示范研究;大功率激光器在风电轴承表面强化、表面清洗等领域的应用示范研究。

过去几年，在这些领域取得了一些标志性的成果。据樊仲维介绍，在材料基础研究领域，取得了五大成果：成果一揭示了高发光效率量子阱发光机理，研制出新型蓝绿量子阱材料。行业降低了欧姆接触电阻，提高发光效率20%以上；获得高效率InGaP红光／InGaN蓝光和绿光量子阱材料，实现64W／cm2的功率密度，连续老化超过1000小时。成果二基于GaN材料的紫外半导体激光器，实现了室温电注入连续激射。成果三提出了新型材料生产方案，实现Φ200mm口径高性能Nd:CaF2晶体。成果四生产了大尺寸LBO晶体和YCOB晶体，研制出新型深紫外ABF晶体。成果五研制成功世界上最大尺寸，高均匀性钛宝石晶体。

在器件研究制备领域，实现了万瓦级光纤激光器核心元器件国产化；实现了高衍射效率高损伤阀值的反射光栅。研制出小体积激光显示样机用高功率小体积红绿蓝激光模组。在整机集成应用领域，实现了国际最小体积100英寸三基色激光电视样机。制备出了5kW光纤激光器。

未来有三大重点发展任务

樊仲维表示，在大功率激光技术与材料领域的总体情況是“两端强，中间弱”，即人工晶体的研发能力和技术水平在国际上处于领跑地位。在人工晶体领域，深紫外非线性光学晶体波长已经突破177nm;大尺寸激光与非线性光学晶体Nd:YAG/LBO/钛宝／Yb:CaF2突破200mn。超强超短激光装置，突破I0PW。在激光精密加工应用市场也呈现出领跑态势。

大型激光装置、部分高能激光领域和国际并跑。比如全固态高功率激光：突破了100KW。“神光”系列激光装置。

但在一些领域还处于跟跑状态。如，高功率光纤激光器，单纤输出能力及合束输出功率。新型中远红外晶体：新晶体直接输出中波波段激光的探索。半导体激光泵浦源：功率、效率不足，市场占有率低。在高端激光器领域，高端激光器及关键器件基本依靠进口，成为制约激光应用产品品质的瓶颈。

樊仲维表示，基于此，未来有三大重点发展任务：

第一、继续巩固在人工晶体方面形成的技术创新优势。解决泵浦类半导体激光器产业化关键技术和工艺向题，补齐光纤材料和光学器件方面的技术短板，提高大功率激光材料与器件产业规模。

第二、保障国家重大工程关键器件不受制于人。解决高性能人工晶体、半导体激光器光纤、光栅、开关等材料与器件的关键技术问题，实现工程化和产业化。

第三、增强我国激光加工行业核心竞争力。高性能超快激光器产业化，改变我国精密激光加工设备中超快激光器基本依赖进口的局面。大幅提升国产激光器占有率。

樊仲维表示，未来五年，希望政府在大功率激光材料上不要缩减投入，保持在2亿左右的投入，也希望能够借此带动地方、企业投入5亿左右的资金，共同的把未来行业三大重点发展任务落实，为激光器的发展做出贡献。
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