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我國在大功率激光技術(shù)與材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出“兩端強(qiáng) 中間弱”態(tài)勢

星之球科技 來源:C114通信網(wǎng)2020-09-10 我要評論(0 )   

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(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院副院長、研究員、中國光學(xué)學(xué)會學(xué)士樊仲維發(fā)表了以《大功率激...

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(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院副院長、研究員、中國光學(xué)學(xué)會學(xué)士樊仲維發(fā)表了以《大功率激光材料與器件技術(shù)發(fā)展》為主題的演講。

  在演講中,他介紹了中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院近年來在大功率激光材料與器件技術(shù)方面所做的工作成果以及對于未來行業(yè)發(fā)展的展望。

  過去五年的進(jìn)展與成果

  樊仲維表示,過去的五年,激光器方面大概分為三個類別進(jìn)行布局。一是基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)。這里面包括激光與物質(zhì)相互作用機(jī)理、關(guān)鍵激光元器件老化損傷機(jī)理研究;大模場高増益雙包層石英光纖生長技術(shù)研究;稀土離子高濃度均勻摻雜、光纖暗化機(jī)理及調(diào)控方法研究、大功率激光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(shù)研究;高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光技術(shù)及半導(dǎo)體光子晶體激光技術(shù)研究;大尺寸低損耗激光晶體材料生長技術(shù)研究;深紫外、中紅外非線性光學(xué)晶體材料生長和器件研究。

  二是重大共性關(guān)鍵技術(shù),總共部署了六個項(xiàng)目。包括高亮度光纖耦合半導(dǎo)體激光泵浦源、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制備技術(shù)研究;高亮度半導(dǎo)體激光泵源材料及光纖耦合技術(shù)研究;高功率單頻光纖激光技術(shù)研究及高轉(zhuǎn)換效率中紅外光參量振蕩及放大技術(shù)研究;高重頻納秒激光放大技術(shù)研究;飛秒超短脈沖激光技術(shù)研究。

  三是典型應(yīng)用示范方面,選擇了四個方面大功率激光材料與器件在精密檢測領(lǐng)域的應(yīng)用示范研究:半導(dǎo)體激光器及固體激光器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用示范研究;大功率激光器在風(fēng)電軸承表面強(qiáng)化、表面清洗等領(lǐng)域的應(yīng)用示范研究。

  過去幾年,在這些領(lǐng)域取得了一些標(biāo)志性的成果。據(jù)樊仲維介紹,在材料基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,取得了五大成果:成果一揭示了高發(fā)光效率量子阱發(fā)光機(jī)理,研制出新型藍(lán)綠量子阱材料。行業(yè)降低了歐姆接觸電阻,提高發(fā)光效率20%以上;獲得高效率InGaP紅光/InGaN藍(lán)光和綠光量子阱材料,實(shí)現(xiàn)64W/cm2的功率密度,連續(xù)老化超過1000小時。成果二基于GaN材料的紫外半導(dǎo)體激光器,實(shí)現(xiàn)了室溫電注入連續(xù)激射。成果三提出了新型材料生產(chǎn)方案,實(shí)現(xiàn)Φ200mm口徑高性能Nd:CaF2晶體。成果四生產(chǎn)了大尺寸LBO晶體和YCOB晶體,研制出新型深紫外ABF晶體。成果五研制成功世界上最大尺寸,高均勻性鈦寶石晶體。

  在器件研究制備領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了萬瓦級光纖激光器核心元器件國產(chǎn)化;實(shí)現(xiàn)了高衍射效率高損傷閥值的反射光柵。研制出小體積激光顯示樣機(jī)用高功率小體積紅綠藍(lán)激光模組。在整機(jī)集成應(yīng)用領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了國際最小體積100英寸三基色激光電視樣機(jī)。制備出了5kW光纖激光器。

  未來有三大重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)

  樊仲維表示,在大功率激光技術(shù)與材料領(lǐng)域的總體情況是“兩端強(qiáng),中間弱”,即人工晶體的研發(fā)能力和技術(shù)水平在國際上處于領(lǐng)跑地位。在人工晶體領(lǐng)域,深紫外非線性光學(xué)晶體波長已經(jīng)突破177nm;大尺寸激光與非線性光學(xué)晶體Nd:YAG/LBO/鈦寶/Yb:CaF2突破200mn。超強(qiáng)超短激光裝置,突破I0PW。在激光精密加工應(yīng)用市場也呈現(xiàn)出領(lǐng)跑態(tài)勢。

  大型激光裝置、部分高能激光領(lǐng)域和國際并跑。比如全固態(tài)高功率激光:突破了100KW?!吧窆狻毕盗屑す庋b置。

  但在一些領(lǐng)域還處于跟跑狀態(tài)。如,高功率光纖激光器,單纖輸出能力及合束輸出功率。新型中遠(yuǎn)紅外晶體:新晶體直接輸出中波波段激光的探索。半導(dǎo)體激光泵浦源:功率、效率不足,市場占有率低。在高端激光器領(lǐng)域,高端激光器及關(guān)鍵器件基本依靠進(jìn)口,成為制約激光應(yīng)用產(chǎn)品品質(zhì)的瓶頸。

  樊仲維表示,基于此,未來有三大重點(diǎn)發(fā)展任務(wù):

  第一、繼續(xù)鞏固在人工晶體方面形成的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢。解決泵浦類半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和工藝向題,補(bǔ)齊光纖材料和光學(xué)器件方面的技術(shù)短板,提高大功率激光材料與器件產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

  第二、保障國家重大工程關(guān)鍵器件不受制于人。解決高性能人工晶體、半導(dǎo)體激光器光纖、光柵、開關(guān)等材料與器件的關(guān)鍵技術(shù)問題,實(shí)現(xiàn)工程化和產(chǎn)業(yè)化。

  第三、增強(qiáng)我國激光加工行業(yè)核心競爭力。高性能超快激光器產(chǎn)業(yè)化,改變我國精密激光加工設(shè)備中超快激光器基本依賴進(jìn)口的局面。大幅提升國產(chǎn)激光器占有率。

  樊仲維表示,未來五年,希望政府在大功率激光材料上不要縮減投入,保持在2億左右的投入,也希望能夠借此帶動地方、企業(yè)投入5億左右的資金,共同的把未來行業(yè)三大重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)落實(shí),為激光器的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。


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