我國(guó)成為世界唯一制造精密化紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家

　　近日，依托中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所建設(shè)的北京市全固態(tài)激光先進(jìn)制造工程技術(shù)研究中心2012年階梯計(jì)劃項(xiàng)目“500W準(zhǔn)連續(xù)全固態(tài)激光器研究”通過(guò)專家驗(yàn)收。該課題在前期工作的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)深入研究，完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)平均輸出功率大于500W的準(zhǔn)連續(xù)全固態(tài)激光器的樣機(jī)研制，打破了德國(guó)羅芬對(duì)國(guó)內(nèi)激光器在工業(yè)領(lǐng)域的壟斷，并成功入選“2013年度國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略新產(chǎn)品”。該樣機(jī)通過(guò)科技查新得出結(jié)論：“在國(guó)內(nèi)同類研究中，未見(jiàn)其它文獻(xiàn)報(bào)道的準(zhǔn)連續(xù)全固態(tài)激光器，采用了與該查新項(xiàng)目完全相同的技術(shù)以得到相同的功率(平均功率1020W，峰值功率560kW)”。

　　經(jīng)過(guò)10多年的努力，中科院的科研人員在深紫外激光非線性光學(xué)晶體方面實(shí)現(xiàn)突破，在國(guó)際上首先生長(zhǎng)出大尺寸氟硼鈹酸鉀晶體，并發(fā)現(xiàn)該晶體是第一種可用直接倍頻法產(chǎn)生深紫外波段激光的非線性光學(xué)晶體。在此基礎(chǔ)上，科研人員又發(fā)明了棱鏡耦合技術(shù)(已獲中、美、日三國(guó)專利)，率先發(fā)展出直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的先進(jìn)技術(shù)，并全面開(kāi)展新型深紫外激光科研裝備的研制和學(xué)科應(yīng)用研究。

　　經(jīng)過(guò)5年多的持續(xù)攻關(guān)，利用大尺寸氟硼鈹酸鉀晶體和棱鏡耦合專利技術(shù)，中科院理化技術(shù)所、物理所、大連化物所和半導(dǎo)體所的科研人員在世界上首次研制成功8類8臺(tái)集實(shí)用化、精密化于一體的深紫外固態(tài)激光源，實(shí)現(xiàn)了一系列關(guān)鍵指標(biāo)的突破。利用這8臺(tái)深紫外固態(tài)激光源，科研人員成功研制出了深紫外激光拉曼光譜儀、深紫外激光光化學(xué)反應(yīng)儀、深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡、深紫外激光光致發(fā)光光譜儀、深紫外激光自旋分辨角分辨光電子能譜儀、光子能量可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀、深紫外激光原位時(shí)空分辨隧道電子譜儀、基于飛行時(shí)間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀等8臺(tái)科學(xué)儀器。

　　在專項(xiàng)資金的引導(dǎo)下，工程中心積極與企業(yè)開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，在激光清洗、激光毛化等方面取得應(yīng)用，項(xiàng)目成果已經(jīng)逐步在新加坡、江蘇、山東、山西等地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將較大提升我國(guó)準(zhǔn)連續(xù)激光光源工程化及產(chǎn)業(yè)化能力，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代制造加工業(yè)發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。

　　全固態(tài)激光器具有體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)靈便等特點(diǎn)，已成為最具潛力的新一代激光源之一。近年來(lái)，材料加工處理等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展對(duì)激光性能的多樣化提出了越來(lái)越高的要求，高平均功率、高峰值功率、高重復(fù)頻率、納秒級(jí)脈沖寬度的全固態(tài)激光器因其在激光清洗、激光打孔與切割、激光表面處理等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和卓越表現(xiàn)，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)的興趣。

　　目前這8臺(tái)儀器已經(jīng)在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等一系列重大研究領(lǐng)域中獲得了重要結(jié)果：證實(shí)了Pb、O等原子可通過(guò)單層石墨烯島的開(kāi)放邊界進(jìn)行插層反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)石墨烯與襯底之間去耦合;首次發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣^緣體Bi2Se3的自旋結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)是固定在一起;首次觀測(cè)到Bi2212能量/動(dòng)量譜與不同激發(fā)光子能量關(guān)系。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)科學(xué)期刊上。

　　“十一五”之前，我國(guó)所有的高功率全固態(tài)激光器全部依賴進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，而且受到各種限制，阻礙了我國(guó)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。國(guó)家“八五”計(jì)劃期間，863計(jì)劃開(kāi)始著力支持我國(guó)全固態(tài)激光器的發(fā)展。全固態(tài)激光器的發(fā)展方向大體為：輸出功率為微/小/中型的器件將沿著多樣化、智能化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，大功率器件將向高平均功率/高光束質(zhì)量發(fā)展，而戰(zhàn)略性應(yīng)用的高能全固態(tài)激光器將得到特別加強(qiáng)從而開(kāi)發(fā)出更多新技術(shù)，如目前正待發(fā)展的熱容運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)和功率合成技術(shù)。

　　目前，國(guó)內(nèi)大功率全固態(tài)激光器研究水平最高的代表為中科院物理所，已研制出大功率全固態(tài)激光、全固態(tài)寬調(diào)諧飛秒激光器、深紫外至中紅外全固態(tài)激光器。并用自行研制的全固態(tài)高功率紅、綠、藍(lán)三基色激光器為光源，于2002年在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)全固態(tài)激光全色顯示，2003年實(shí)現(xiàn)60前投和背投原理性演示樣機(jī)，2005年成功研制出60激光家庭影院、84及140大屏幕激光顯示樣機(jī)。先后參加了863“十五”重大成果展、科技創(chuàng)新展和上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)，獲得博覽會(huì)的科技創(chuàng)新獎(jiǎng)。而我國(guó)對(duì)全固態(tài)紫外激光技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的研究尚處在起步階段。