| 成果名称: | 高亮度半导体激光器芯片及应用 |
| 完成单位: | 深圳瑞波光电子有限公司,中国科学院半导体研究所,潍坊先进光电芯片研究院,扬州扬芯激光技术有限公司,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,大族激光智能装备集团有限公司 |
| 主要人员: | 胡海,汪卫敏,谢曳华,邱于珍,周旭彦,渠红伟,齐爱谊,张建心,解杰华,王德光,刘英,单君柱,王长虎,李建,何发权 等35人 |
| 介绍: | ①课题来源与背景：随着大功率光纤激光技术及半导体激光技术的快速发展，高亮度激光器已广泛应用于先进制造、激光泵浦、空间激光、医疗美容、安全防护、科研军工等领域，全球市场已达数百亿美元。当前国内工业加工使用的高亮度光纤激光器，其泵浦源基本都是半导体激光器。976nm相对915nm泵浦源具有更高的泵浦效率，是现在行业里面都在关注和研究的重点，在一些重要应用上，对此波长有着更高的吸收率，可以降低能耗，降低应用成本，拓展激光设备行业的进一步普及。当前，国外高亮度泵浦源产品不光占据了主要的市场份额，其产品的迭代速度加快很有可能导致国内芯片与国外相比性能的差距加大。 ②技术原理及性能指标：本项目研究主要面向工业加工领域对大功率高亮度激光光源的重大需求，开展激光增益芯片超低反射率腔面膜设计、制造和腔面钝化技术研究；开展激光增益芯片有源区和波导结构研究；开展外腔反馈对激光增益芯片内部光场分布的调控及芯片可靠性等性能影响研究；开展激光增益芯片封装对外腔反馈光谱锁定影响技术和密集型光谱合束技术研究；突破激光增益芯片单元光谱锁定及防串扰、光谱合束谱宽窄化和高效率等关键技术，完成芯片制造、集成、封装、可靠性等国产化及小批量生产。预期性能指标：开发用于密集光谱合束的半导体激光芯片，实现单管输出工作功率≥16W（100μm宽度），电光效率≥60%，光束质量优于4mm•mrad。开发光纤耦合输出光纤激光泵浦模块，输出功率≥500W，光纤参数≤105μm/0.18NA，中心波长976nm±0.3nm，光纤输出光谱宽度≤4nm，电光效率≥45%，预期使用寿命≥10000h，销售超100台。 ③技术的创造性与先进性：项目突破了低缺陷密度外延材料生长工艺、低损耗外延结构设计、抑制高阶模式的芯片结构设计、高COD功率的非注入窗口和腔面钝化技术，研制了输出功率17.14W（93.38μm宽度）、光电转换效率63.62%、光束质量3.867 mm•mrad的976nm半导体激光芯片和输出功率16.85W、光电转换效率60.79%、光束质量3.841 mm·mrad的976nm光子晶体芯片；突破了双光栅波导式密集型光谱合束技术和非光谱合束方向扩展的光谱合束技术，实现了激光增益芯片单元光谱锁定及防串扰、光谱合束谱宽窄化和高效率合束等关键问题，将80个激光单元耦合进102μm芯径/NA0.18光纤中，实现光纤输出功率17.14W（93.38μm宽度）、光电转换效率63.62%、光束质量3.867 mm•mrad，销售超100台，全面达到指标要求。 ④技术的成熟程度，适用范围和安全性：经工业和信息化部电子第五研究所评价，本项目目标成果半导体激光芯片、光子晶体半导体激光芯片、光纤激光泵浦模块均已开发完成，技术状态固化，其功能、性能指标已通过第三方测试，产品已小批量生产并形成销售，经用户使用得到认可。综合分析，《高亮度半导体激光器芯片及应用》项目技术就绪度为8级。 ⑤应用情况：依托本项目技术，瑞波光电研制的16W 976nm芯片已形成芯片每年25KK的产能，也成功开发出25W、35W、45W级的976nm芯片，满足工业加工领域对高效、高亮度、低成本的大功率高质量激光芯片的迫切需求；潍坊研究院形成每年1KK的芯片产能；扬芯激光形成了1KK的封装器件产能；大族装备通过本项目技术设计开发了360W、500W、660W、800W等光纤激光器泵浦源，产品已进行批量生产和供货，同时完成3000W-5000W光纤激光器模块的开发及研制，已批量用于6000W-20000W光纤激光器，并完成相关的切割及焊接的应用验证。 ⑥历年获奖情况：项目部分创新成果助力瑞波光电获得2022年深圳市科技进步奖（二等奖）和2023年广东省科技进步奖（二等奖）。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2024-10-18 |
| 研究起止时间: | 2020-01-01至2023-12-31 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 电子信息 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2024-06-13 |
