根據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(wei) 薄薄的外延片，再經過光刻、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(wan) 瓦、十萬(wan) 瓦級別的激光器，再被應用於(yu) 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、醫療、道路監控等各種應用場景——在山東(dong) 華光光電子股份有限公司，記者看到了一條激光產(chan) 業(ye) 上遊鏈條。
“燒水壺的功率可以達到2000瓦，10萬(wan) 瓦相當於(yu) 燒水壺功率的50倍。但這個(ge) 10萬(wan) 瓦激光器還能保持很小的體(ti) 積，這裏麵聚集了很多核心技術。比如怎麽(me) 讓光子更集中，怎麽(me) 在保證10萬(wan) 瓦功率的同時，在如此小的範圍內(nei) 處理將近10萬(wan) 瓦的熱量。”山東(dong) 華光光電子股份有限公司戰略產(chan) 品部總經理李沛旭向《中國電子報》記者表示。
激光器是激光的發生裝置，而激光芯片是激光器中將電能高效轉換為(wei) 光能的核心元器件，激光芯片的製造又以外延材料生長為(wei) 難點。而華光光電已經跑通了從(cong) 激光器外延材料、芯片、器件、模組再到係統的鏈條，並不斷向更高功率、更高效率的激光器產(chan) 品進發。
做好激光產(chan) 業(ye) 鏈的“大心髒”
激光芯片是半導體(ti) 激光器的心髒，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遊激光設備輸出光束的質量和功率。
作為(wei) 激光產(chan) 業(ye) 上遊的核心部件，激光芯片具有較高的技術門檻。李沛旭向《中國電子報》記者指出，激光芯片的技術門檻主要分兩(liang) 類：一是高質量外延材料的生長門檻，這是最為(wei) 核心關(guan) 鍵的基礎能力。二是高功率芯片工藝技術，決(jue) 定了高功率激光器芯片的功率和可靠性。
從(cong) 上世紀90年代起，激光技術被廣泛應用到微電子、汽車工業(ye) 、船舶製造業(ye) 等領域，成為(wei) 全球各國提高製造業(ye) 裝備水平的著力點。但在當時，國內(nei) 企業(ye) 使用的激光器芯片主要依賴進口。據李沛旭回憶，當時一隻1瓦的激光器，市麵上能賣到一兩(liang) 千塊錢。
1999年，華光光電肩負核心元器件研發的使命在濟南應運而生。2001年，國內(nei) 第一隻具備商品化能力的650nm、808nm激光器在華光光電下線。2003年，華光光電650nm半導體(ti) 激光芯片實現量產(chan) ，降低了國內(nei) 650nm半導體(ti) 激光芯片對進口的依賴。在此基礎上，華光光電不斷擴充產(chan) 品的功率和波長覆蓋範圍。截至目前，華光光電的半導體(ti) 激光器芯片及巴條已經覆蓋了5mW~700W的功率範圍和635nm~1064nm的波長範圍。
“2007年，我們(men) 在瓦級激光器取得突破，為(wei) 國內(nei) 市場提供了更具性價(jia) 比的選擇。如今，瓦級激光器隻需十幾塊錢就能買(mai) 到。”李沛旭告訴記者。
除了為(wei) 市場輸送更加多樣的激光產(chan) 品，華光光電還進一步補全了自身的激光產(chan) 業(ye) 鏈，在掌握了半導體(ti) 激光器外延結構設計與(yu) 生長、芯片設計與(yu) 製備的自主知識產(chan) 權並實現商業(ye) 化生產(chan) 的基礎上，建立了半導體(ti) 激光器外延片、芯片、器件、模組垂直一體(ti) 化生產(chan) 體(ti) 係。
“我們(men) 通過半導體(ti) 激光器外延材料、芯片、器件、模組、係統全鏈條創新，建立了高性能激光器的設計、技術、工藝和工程體(ti) 係，實現了高性能半導體(ti) 激光器泵浦源的批量化生產(chan) ，並得到了廣泛應用。”李沛旭說道。
在半導體(ti) 激光器領域，更高功率、更高效率、高可靠性、低成本是永不過時的挑戰。
2019年，華光光電啟動對高功率915nm激光芯片的研發，挑戰也接踵而至。比如該類芯片主要使用AlGaAs材料，外延生長條件與(yu) 華光650nm、808nm激光器采用的AlGaInP材料差別較大。華光光電研發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芯片在功率和轉換效率上未能達到標杆要求。通過改善芯片結構設計，研發團隊在第四代產(chan) 品解決(jue) 了這一問題。隨後，芯片在客戶驗證中又出現了隨機失效現象。最終研發團隊用時一年多進行反複試驗並修改設計，最終解決(jue) 了這一關(guan) 鍵的可靠性問題。經曆幾十次的試驗和失敗，研發團隊曆時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芯片已經批量用於(yu) 國內(nei) 工業(ye) 激光器客戶。
“技術創新是核心，產(chan) 業(ye) 創新是技術創新的具體(ti) 轉化。作為(wei) 技術驅動型企業(ye) ，我們(men) 對於(yu) 科技創新帶動產(chan) 業(ye) 創新的感受非常明顯，在這一理念的支持下，我們(men) 實施了研發項目揭榜立項等激勵措施，鼓勵研發人員實現技術突破和成果轉化。”李沛旭說道。
華光光電成立25年來，一直將技術研發放在公司核心位置，持續加大研發投入，提升自主創新能力。在研發中實行項目“揭榜立項”製，圍繞亟待攻克的技術和研發項目簽訂項目任務書(shu) ，配套相關(guan) 激勵政策，進一步提升了研發人員在研發過程中的主人翁意識，有效增強研發積極性。此外，華光光電高度重視人才引育，以人才“引得來，留得住”為(wei) 目標，引進和培育兩(liang) 手抓，為(wei) 企業(ye) 的創新發展提供了豐(feng) 富的人才保障。
李沛旭表示，華光光電未來將繼續以技術創新應用和產(chan) 業(ye) 環節配套為(wei) 抓手，打通激光產(chan) 業(ye) 鏈中的痛點和堵點，不斷延伸技術覆蓋範圍，加強產(chan) 業(ye) 生態建設，將企業(ye) 的研發成果推向更廣闊的應用和更高端的平台，為(wei) 山東(dong) 激光產(chan) 業(ye) 發展貢獻力量。
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