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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。
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(yán)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(dān)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(biāo)。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?;谖⒔Y(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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