樊仲維：我國(guó)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(shì)

9月9日消息（樂(lè)思）在今日召開(kāi)的第22屆中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)開(kāi)幕式暨2020中國(guó)國(guó)際光電高峰論壇上，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)、研究員、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)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(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院近年來(lái)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(duì)于未來(lái)行業(yè)發(fā)展的展望。

過(guò)去五年的進(jìn)展與成果

樊仲維表示，過(guò)去的五年，激光器方面大概分為三個(gè)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(chǎng)高増益雙包層石英光纖生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)技術(shù)研究;深紫外、中紅外非線性光學(xué)晶體材料生長(zhǎng)和器件研究。

二是重大共性關(guān)鍵技術(shù)，總共部署了六個(gè)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(gè)方面大功率激光材料與器件在精密檢測(cè)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(guò)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(guò)1000小時(shí)。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(wàn)瓦級(jí)光纖激光器核心元器件國(guó)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(guó)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(lái)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(guó)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(zhǎng)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(chǎng)也呈現(xiàn)出領(lǐng)跑態(tài)勢(shì)。

大型激光裝置、部分高能激光領(lǐng)域和國(guó)際并跑。比如全固態(tài)高功率激光:突破了100KW。“神光”系列激光裝置。

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(chǎng)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(lái)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(shì)。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(guó)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(kāi)關(guān)等材料與器件的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)工程化和產(chǎn)業(yè)化。

第三、增強(qiáng)我國(guó)激光加工行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。高性能超快激光器產(chǎn)業(yè)化，改變我國(guó)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(guó)產(chǎn)激光器占有率。

樊仲維表示，未來(lái)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(dòng)地方、企業(yè)投入5億左右的資金，共同的把未來(lái)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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