激光核心器件自產化：產業突破瓶頸必經之路

在“made in china”時代，激光設備陸陸續續進入中國市場。在中國龐大的市場培育下，激光應用快速發展，推動了fun88官网平台產業鏈的完善，也推動了中國製造向高端製造轉型。多年來，fun88官网平台核心技術已得到長足的發展，甚至在個別科研領域已經世界領先。但在光纖激光器核心元器件方麵，還未擺脫對於國外技術的依賴。在日前發布的“十三五”科技創新規劃先進製造專欄中指出，要開展超快脈衝、超大功率激光製造等理論研究，突破激光製造關鍵技術，研發高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產先進激光器以及高端激光製造工藝裝備，開發先進激光製造應用技術和裝備。由此可見，激光核心器件國產化已勢在必行。

自主研製的高功率、高效率半導體激光巴條芯片

　　高效率、高功率半導體激光芯片

　　高功率半導體激光芯片是整個激光加工產業鏈的基石與源頭，是實現激光係統體積小型化、重量輕質化和功率穩定輸出的前提和保證，可廣泛應用於先進製造、醫療美容、航空航天、安全防護等領域。歐美等發達國家在高功率、高效率半導體激光芯片研究方麵處於領先水平，目前國內實用化的高功率半導體激光器，單管大於5W、單巴條大於40W幾乎全部依靠進口，嚴重製約了我國激光技術產業的發展。

　　西安光機所千人計劃特聘專家楊國文研究員承擔的西安光機所十二五“一三五”自主部署項目“高效率、高功率半導體激光芯片研究”經過一年的技術攻關，取得重要進展。在國內率先突破了高效率、高功率芯片設計，低應力、低缺陷材料與器件製備工藝，高損傷閾值激光腔麵處理，FMA失效機理分析等關鍵技術；完成了四款高端半導體激光芯片的自主研製任務。其中，百瓦級半導體激光芯片的電光轉換效率達到國際最好水平，超過國際同類器件的性能指標。項目研製高效率、高功率半導體激光芯片20餘隻，發表SCI論文2篇，申請專利9項。該項目近期通過結題驗收。

　　“高效率、高功率半導體激光芯片研究”成果打破了我國高端半導體激光芯片長期依賴進口的局麵，為“中國製造2025”、“互聯網 ”等國家重大應用需求提供核心支撐。

　　用於高功率光纖激光器的大模場光纖

　　近年來，高功率摻鐿光纖激光器以其高功率、高可靠性、高光束質量等優勢廣泛應用在工業、醫療、科研、軍事等領域。然而隨著輸出功率的逐步提高，非線性效應及熱損傷成為製約光纖激光器發展的重要因素。他們使光纖激光器的光束質量降低，輸出功率難以進一步提高，阻礙了光纖激光器的進一步發展。因此，研究大模場，高摻雜，高光束質量的光纖是目前光纖激光器發展急需解決的問題。

　　武漢光電國家實驗室光纖激光技術團隊(FLTG)的博士生褚應波等人，在楊旅雲、李進延、戴能利等老師的指導下，利用基於硼矽酸鹽玻璃分相技術製備摻Yb3 石英玻璃芯棒，進而製備大芯徑雙包層光纖。實驗測試了這種光纖的折射率分布、Yb3 吸收、以及背景損耗並演示了其激光性能。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;通過除水工藝，光纖中羥基含量降到1.06ppm；光纖在976nm半導體激光器泵浦下實現了1071nm激光輸出，斜率效率達到72.8%，光纖長度為2.3m。研究結果表明這種方法在製備大芯徑高摻雜及具有複雜纖芯結構的有源光纖方麵具有較大潛力。

　　新型雙包層有源光纖研製成功

　　隨著光纖激光器朝著更高功率、更短脈衝，更高光束質量的方向發展，傳統有源雙包層光纖的模場麵積成為其發展的瓶頸。基於微結構光纖技術的有源光纖為增大模場麵積提供了有效思路。

　　武漢光電國家實驗室光纖激光技術團隊李進延教授和博士生韋會峰等人研發了一種新型全固體雙包層有源光纖，這種光纖設計借助對包層有效折射率能精確調控的PDC(passivelydopedcladding)技術，大大滿足了超大模場光纖對於折射率精確控製的要求。在該研究中，已證實可以通過調節包層摻雜點陣的填充率以及包層摻雜的濃度，實現了低至1×10-5的折射率變化。實驗中利用同一根預製棒拉製了直徑分別為50um和127um的光纖。測試表明50um光纖可在1064nm實現穩定的單模運轉，而127um光纖借助模式優化技術亦可實現單模輸出。本光纖為全固體光纖，不包含任何氣孔，因此其拉絲工藝向對簡單，且在實際使用中對接續、端麵打磨、耦合器的製作等帶來極大的便利。因此這類光纖非常適合大功率、高能量的光纖激光器實際應用。

　　結語：

　　激光核心器件自產化，是我國激光產業突破發展瓶頸的必經之路，這使得國內企業在器件價格方麵有了一定的“議價權”，逐步擺脫了受人扼頸的尷尬境地，對促進我國激光產業健康發展具有重要意義。

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