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激光核心器件自產(chǎn)化:產(chǎn)業(yè)突破瓶頸必經(jīng)之路

星之球科技 來源:OFweek 激光網(wǎng)2016-10-17 我要評論(0 )   

在made in china時代,激光設(shè)備陸陸續(xù)續(xù)進入中國市場。在中國龐大的市場培育下,激光應(yīng)用快速發(fā)展,推動了中國激光產(chǎn)業(yè)鏈的完善

        在“made in china”時代,激光設(shè)備陸陸續(xù)續(xù)進入中國市場。在中國龐大的市場培育下,激光應(yīng)用快速發(fā)展,推動了中國激光產(chǎn)業(yè)鏈的完善,也推動了中國制造向高端制造轉(zhuǎn)型。多年來,中國激光核心技術(shù)已得到長足的發(fā)展,甚至在個別科研領(lǐng)域已經(jīng)世界領(lǐng)先。但在光纖激光器核心元器件方面,還未擺脫對于國外技術(shù)的依賴。在日前發(fā)布的“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃先進制造專欄中指出,要開展超快脈沖、超大功率激光制造等理論研究,突破激光制造關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產(chǎn)先進激光器以及高端激光制造工藝裝備,開發(fā)先進激光制造應(yīng)用技術(shù)和裝備。由此可見,激光核心器件國產(chǎn)化已勢在必行。
 
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自主研制的高功率、高效率半導(dǎo)體激光巴條芯片
  
  高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片
  
  高功率半導(dǎo)體激光芯片是整個激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的基石與源頭,是實現(xiàn)激光系統(tǒng)體積小型化、重量輕質(zhì)化和功率穩(wěn)定輸出的前提和保證,可廣泛應(yīng)用于先進制造、醫(yī)療美容、航空航天、安全防護等領(lǐng)域。歐美等發(fā)達國家在高功率、高效率半導(dǎo)體激光芯片研究方面處于領(lǐng)先水平,目前國內(nèi)實用化的高功率半導(dǎo)體激光器,單管大于5W、單巴條大于40W幾乎全部依靠進口,嚴重制約了我國激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(dǎo)體激光芯片研究”經(jīng)過一年的技術(shù)攻關(guān),取得重要進展。在國內(nèi)率先突破了高效率、高功率芯片設(shè)計,低應(yīng)力、低缺陷材料與器件制備工藝,高損傷閾值激光腔面處理,F(xiàn)MA失效機理分析等關(guān)鍵技術(shù);完成了四款高端半導(dǎo)體激光芯片的自主研制任務(wù)。其中,百瓦級半導(dǎo)體激光芯片的電光轉(zhuǎn)換效率達到國際最好水平,超過國際同類器件的性能指標。項目研制高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片20余只,發(fā)表SCI論文2篇,申請專利9項。該項目近期通過結(jié)題驗收。
  
  “高效率、高功率半導(dǎo)體激光芯片研究”成果打破了我國高端半導(dǎo)體激光芯片長期依賴進口的局面,為“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng) ”等國家重大應(yīng)用需求提供核心支撐。
  
  用于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(zhì)量等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)療、科研、軍事等領(lǐng)域。然而隨著輸出功率的逐步提高,非線性效應(yīng)及熱損傷成為制約光纖激光器發(fā)展的重要因素。他們使光纖激光器的光束質(zhì)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(fā)展。因此,研究大模場,高摻雜,高光束質(zhì)量的光纖是目前光纖激光器發(fā)展急需解決的問題。
  
  武漢光電國家實驗室光纖激光技術(shù)團隊(FLTG)的博士生褚應(yīng)波等人,在楊旅云、李進延、戴能利等老師的指導(dǎo)下,利用基于硼硅酸鹽玻璃分相技術(shù)制備摻Y(jié)b3 石英玻璃芯棒,進而制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、以及背景損耗并演示了其激光性能。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(shù)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(dǎo)體激光器泵浦下實現(xiàn)了1071nm激光輸出,斜率效率達到72.8%,光纖長度為2.3m。研究結(jié)果表明這種方法在制備大芯徑高摻雜及具有復(fù)雜纖芯結(jié)構(gòu)的有源光纖方面具有較大潛力。
  
  新型雙包層有源光纖研制成功
  
  隨著光纖激光器朝著更高功率、更短脈沖,更高光束質(zhì)量的方向發(fā)展,傳統(tǒng)有源雙包層光纖的模場面積成為其發(fā)展的瓶頸。基于微結(jié)構(gòu)光纖技術(shù)的有源光纖為增大模場面積提供了有效思路。
  
  武漢光電國家實驗室光纖激光技術(shù)團隊李進延教授和博士生韋會峰等人研發(fā)了一種新型全固體雙包層有源光纖,這種光纖設(shè)計借助對包層有效折射率能精確調(diào)控的PDC(passivelydopedcladding)技術(shù),大大滿足了超大模場光纖對于折射率精確控制的要求。在該研究中,已證實可以通過調(diào)節(jié)包層摻雜點陣的填充率以及包層摻雜的濃度,實現(xiàn)了低至1×10-5的折射率變化。實驗中利用同一根預(yù)制棒拉制了直徑分別為50um和127um的光纖。測試表明50um光纖可在1064nm實現(xiàn)穩(wěn)定的單模運轉(zhuǎn),而127um光纖借助模式優(yōu)化技術(shù)亦可實現(xiàn)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?qū)唵?,且在實際使用中對接續(xù)、端面打磨、耦合器的制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(yīng)用。
  
  結(jié)語:
  
  激光核心器件自產(chǎn)化,是我國激光產(chǎn)業(yè)突破發(fā)展瓶頸的必經(jīng)之路,這使得國內(nèi)企業(yè)在器件價格方面有了一定的“議價權(quán)”,逐步擺脫了受人扼頸的尷尬境地,對促進我國激光產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。
 

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