根據(jù)功率大小需求加入不同的熱沉材料，在反應爐生長的外延材料成為薄薄的外延片，再經(jīng)過光刻、解理等工藝變成激光芯片，在自動化車間進行集成封裝，變成毫瓦、瓦、千瓦、萬瓦、十萬瓦級別的激光器，再被應用于掃地機、無人駕駛的激光雷達，激光切割、雕刻、焊接等加工設備，以及激光顯示、醫(yī)療、道路監(jiān)控等各種應用場景——在山東華光光電子股份有限公司，記者看到了一條激光產(chǎn)業(yè)上游鏈條。
“燒水壺的功率可以達到2000瓦，10萬瓦相當于燒水壺功率的50倍。但這個10萬瓦激光器還能保持很小的體積，這里面聚集了很多核心技術(shù)。比如怎么讓光子更集中，怎么在保證10萬瓦功率的同時，在如此小的范圍內(nèi)處理將近10萬瓦的熱量?！鄙綎|華光光電子股份有限公司戰(zhàn)略產(chǎn)品部總經(jīng)理李沛旭向《中國電子報》記者表示。
激光器是激光的發(fā)生裝置，而激光芯片是激光器中將電能高效轉(zhuǎn)換為光能的核心元器件，激光芯片的制造又以外延材料生長為難點。而華光光電已經(jīng)跑通了從激光器外延材料、芯片、器件、模組再到系統(tǒng)的鏈條，并不斷向更高功率、更高效率的激光器產(chǎn)品進發(fā)。
激光芯片是半導體激光器的心臟，其功率、效率及可靠性等指標，直接影響著激光器的性能和下游激光設備輸出光束的質(zhì)量和功率。
作為激光產(chǎn)業(yè)上游的核心部件，激光芯片具有較高的技術(shù)門檻。李沛旭向《中國電子報》記者指出，激光芯片的技術(shù)門檻主要分兩類：一是高質(zhì)量外延材料的生長門檻，這是最為核心關(guān)鍵的基礎能力。二是高功率芯片工藝技術(shù)，決定了高功率激光器芯片的功率和可靠性。
從上世紀90年代起，激光技術(shù)被廣泛應用到微電子、汽車工業(yè)、船舶制造業(yè)等領(lǐng)域，成為全球各國提高制造業(yè)裝備水平的著力點。但在當時，國內(nèi)企業(yè)使用的激光器芯片主要依賴進口。據(jù)李沛旭回憶，當時一只1瓦的激光器，市面上能賣到一兩千塊錢。
1999年，華光光電肩負核心元器件研發(fā)的使命在濟南應運而生。2001年，國內(nèi)第一只具備商品化能力的650nm、808nm激光器在華光光電下線。2003年，華光光電650nm半導體激光芯片實現(xiàn)量產(chǎn)，降低了國內(nèi)650nm半導體激光芯片對進口的依賴。在此基礎上，華光光電不斷擴充產(chǎn)品的功率和波長覆蓋范圍。截至目前，華光光電的半導體激光器芯片及巴條已經(jīng)覆蓋了5mW~700W的功率范圍和635nm~1064nm的波長范圍。
“2007年，我們在瓦級激光器取得突破，為國內(nèi)市場提供了更具性價比的選擇。如今，瓦級激光器只需十幾塊錢就能買到?！崩钆嫘窀嬖V記者。
除了為市場輸送更加多樣的激光產(chǎn)品，華光光電還進一步補全了自身的激光產(chǎn)業(yè)鏈，在掌握了半導體激光器外延結(jié)構(gòu)設計與生長、芯片設計與制備的自主知識產(chǎn)權(quán)并實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的基礎上，建立了半導體激光器外延片、芯片、器件、模組垂直一體化生產(chǎn)體系。
“我們通過半導體激光器外延材料、芯片、器件、模組、系統(tǒng)全鏈條創(chuàng)新，建立了高性能激光器的設計、技術(shù)、工藝和工程體系，實現(xiàn)了高性能半導體激光器泵浦源的批量化生產(chǎn)，并得到了廣泛應用。”李沛旭說道。
在半導體激光器領(lǐng)域，更高功率、更高效率、高可靠性、低成本是永不過時的挑戰(zhàn)。
2019年，華光光電啟動對高功率915nm激光芯片的研發(fā)，挑戰(zhàn)也接踵而至。比如該類芯片主要使用AlGaAs材料，外延生長條件與華光650nm、808nm激光器采用的AlGaInP材料差別較大。華光光電研發(fā)團隊通過摸索和測試，確定了每層材料生長的基本條件。然而，第一款915nm芯片在功率和轉(zhuǎn)換效率上未能達到標桿要求。通過改善芯片結(jié)構(gòu)設計，研發(fā)團隊在第四代產(chǎn)品解決了這一問題。隨后，芯片在客戶驗證中又出現(xiàn)了隨機失效現(xiàn)象。最終研發(fā)團隊用時一年多進行反復試驗并修改設計，最終解決了這一關(guān)鍵的可靠性問題。經(jīng)歷幾十次的試驗和失敗，研發(fā)團隊歷時3年在915nm高功率芯片的可靠性和壽命上取得突破，目前華光光電的35W和45W芯片已經(jīng)批量用于國內(nèi)工業(yè)激光器客戶。
“技術(shù)創(chuàng)新是核心，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新是技術(shù)創(chuàng)新的具體轉(zhuǎn)化。作為技術(shù)驅(qū)動型企業(yè)，我們對于科技創(chuàng)新帶動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的感受非常明顯，在這一理念的支持下，我們實施了研發(fā)項目揭榜立項等激勵措施，鼓勵研發(fā)人員實現(xiàn)技術(shù)突破和成果轉(zhuǎn)化?！崩钆嫘裾f道。
華光光電成立25年來，一直將技術(shù)研發(fā)放在公司核心位置，持續(xù)加大研發(fā)投入，提升自主創(chuàng)新能力。在研發(fā)中實行項目“揭榜立項”制，圍繞亟待攻克的技術(shù)和研發(fā)項目簽訂項目任務書，配套相關(guān)激勵政策，進一步提升了研發(fā)人員在研發(fā)過程中的主人翁意識，有效增強研發(fā)積極性。此外，華光光電高度重視人才引育，以人才“引得來，留得住”為目標，引進和培育兩手抓，為企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了豐富的人才保障。
李沛旭表示，華光光電未來將繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新應用和產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)配套為抓手，打通激光產(chǎn)業(yè)鏈中的痛點和堵點，不斷延伸技術(shù)覆蓋范圍，加強產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設，將企業(yè)的研發(fā)成果推向更廣闊的應用和更高端的平臺，為山東激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量。
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