在“made in china”時(shí)代，激光設(shè)備陸陸續(xù)續(xù)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。在中國(guó)龐大的市場(chǎng)培育下，激光應(yīng)用快速發(fā)展，推動(dòng)了中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)鏈的完善，也推動(dòng)了中國(guó)制造向高端制造轉(zhuǎn)型。多年來(lái)，中國(guó)激光核心技術(shù)已得到長(zhǎng)足的發(fā)展，甚至在個(gè)別科研領(lǐng)域已經(jīng)世界領(lǐng)先。但在光纖激光器核心元器件方面，還未擺脫對(duì)于國(guó)外技術(shù)的依賴。在日前發(fā)布的“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃先進(jìn)制造專欄中指出，要開(kāi)展超快脈沖、超大功率激光制造等理論研究，突破激光制造關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)高可靠長(zhǎng)壽命激光器核心功能部件、國(guó)產(chǎn)先進(jìn)激光器以及高端激光制造工藝裝備，開(kāi)發(fā)先進(jìn)激光制造應(yīng)用技術(shù)和裝備。由此可見(jiàn)，激光核心器件國(guó)產(chǎn)化已勢(shì)在必行。
自主研制的高功率、高效率半導(dǎo)體激光巴條芯片
高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片
高功率半導(dǎo)體激光芯片是整個(gè)激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的基石與源頭，是實(shí)現(xiàn)激光系統(tǒng)體積小型化、重量輕質(zhì)化和功率穩(wěn)定輸出的前提和保證，可廣泛應(yīng)用于先進(jìn)制造、醫(yī)療美容、航空航天、安全防護(hù)等領(lǐng)域。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在高功率、高效率半導(dǎo)體激光芯片研究方面處于領(lǐng)先水平，目前國(guó)內(nèi)實(shí)用化的高功率半導(dǎo)體激光器，單管大于5W、單巴條大于40W幾乎全部依靠進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國(guó)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
西安光機(jī)所千人計(jì)劃特聘專家楊國(guó)文研究員承擔(dān)的西安光機(jī)所十二五“一三五”自主部署項(xiàng)目“高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片研究”經(jīng)過(guò)一年的技術(shù)攻關(guān)，取得重要進(jìn)展。在國(guó)內(nèi)率先突破了高效率、高功率芯片設(shè)計(jì)，低應(yīng)力、低缺陷材料與器件制備工藝，高損傷閾值激光腔面處理，F(xiàn)MA失效機(jī)理分析等關(guān)鍵技術(shù)；完成了四款高端半導(dǎo)體激光芯片的自主研制任務(wù)。其中，百瓦級(jí)半導(dǎo)體激光芯片的電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到國(guó)際最好水平，超過(guò)國(guó)際同類器件的性能指標(biāo)。項(xiàng)目研制高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片20余只，發(fā)表SCI論文2篇，申請(qǐng)專利9項(xiàng)。該項(xiàng)目近期通過(guò)結(jié)題驗(yàn)收。
“高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片研究”成果打破了我國(guó)高端半導(dǎo)體激光芯片長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面，為“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng) ”等國(guó)家重大應(yīng)用需求提供核心支撐。
用于高功率光纖激光器的大模場(chǎng)光纖
近年來(lái)，高功率摻鐿光纖激光器以其高功率、高可靠性、高光束質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)療、科研、軍事等領(lǐng)域。然而隨著輸出功率的逐步提高，非線性效應(yīng)及熱損傷成為制約光纖激光器發(fā)展的重要因素。他們使光纖激光器的光束質(zhì)量降低，輸出功率難以進(jìn)一步提高，阻礙了光纖激光器的進(jìn)一步發(fā)展。因此，研究大模場(chǎng)，高摻雜，高光束質(zhì)量的光纖是目前光纖激光器發(fā)展急需解決的問(wèn)題。
武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室光纖激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)(FLTG)的博士生褚應(yīng)波等人，在楊旅云、李進(jìn)延、戴能利等老師的指導(dǎo)下，利用基于硼硅酸鹽玻璃分相技術(shù)制備摻Y(jié)b3 石英玻璃芯棒，進(jìn)而制備大芯徑雙包層光纖。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了這種光纖的折射率分布、Yb3 吸收、以及背景損耗并演示了其激光性能。研究表明：該光纖的芯徑為30微米，包層為400微米；纖芯折射率分布均勻，數(shù)值孔徑約為0.09；Yb3 在976nm處的吸收為5.5dB/m,背景損耗為0.02dB/m;通過(guò)除水工藝，光纖中羥基含量降到1.06ppm；光纖在976nm半導(dǎo)體激光器泵浦下實(shí)現(xiàn)了1071nm激光輸出，斜率效率達(dá)到72.8%，光纖長(zhǎng)度為2.3m。研究結(jié)果表明這種方法在制備大芯徑高摻雜及具有復(fù)雜纖芯結(jié)構(gòu)的有源光纖方面具有較大潛力。
新型雙包層有源光纖研制成功
隨著光纖激光器朝著更高功率、更短脈沖，更高光束質(zhì)量的方向發(fā)展，傳統(tǒng)有源雙包層光纖的模場(chǎng)面積成為其發(fā)展的瓶頸?；谖⒔Y(jié)構(gòu)光纖技術(shù)的有源光纖為增大模場(chǎng)面積提供了有效思路。
武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室光纖激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)李進(jìn)延教授和博士生韋會(huì)峰等人研發(fā)了一種新型全固體雙包層有源光纖，這種光纖設(shè)計(jì)借助對(duì)包層有效折射率能精確調(diào)控的PDC(passivelydopedcladding)技術(shù)，大大滿足了超大模場(chǎng)光纖對(duì)于折射率精確控制的要求。在該研究中，已證實(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)包層摻雜點(diǎn)陣的填充率以及包層摻雜的濃度，實(shí)現(xiàn)了低至1×10-5的折射率變化。實(shí)驗(yàn)中利用同一根預(yù)制棒拉制了直徑分別為50um和127um的光纖。測(cè)試表明50um光纖可在1064nm實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單模運(yùn)轉(zhuǎn)，而127um光纖借助模式優(yōu)化技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn)單模輸出。本光纖為全固體光纖，不包含任何氣孔，因此其拉絲工藝向?qū)?jiǎn)單，且在實(shí)際使用中對(duì)接續(xù)、端面打磨、耦合器的制作等帶來(lái)極大的便利。因此這類光纖非常適合大功率、高能量的光纖激光器實(shí)際應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)：
激光核心器件自產(chǎn)化，是我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)突破發(fā)展瓶頸的必經(jīng)之路，這使得國(guó)內(nèi)企業(yè)在器件價(jià)格方面有了一定的“議價(jià)權(quán)”，逐步擺脫了受人扼頸的尷尬境地，對(duì)促進(jìn)我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門(mén)資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
