我國(guó)半導(dǎo)體激光合束技術(shù)進(jìn)展及背后團(tuán)隊(duì)

　　產(chǎn)生激光的光源非常多，有氣體激光器、固體激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等，其中半導(dǎo)體激光器是目前轉(zhuǎn)換效率最高的一種光源。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春光機(jī)所)是國(guó)內(nèi)最早研制出半導(dǎo)體激光器和固體激光器的單位。

　　如今，長(zhǎng)春光機(jī)所的高功率、高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光合束技術(shù)在全國(guó)21個(gè)省市近百家企業(yè)、科研院所應(yīng)用，為全面提升激光技術(shù)水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力做出了巨大貢獻(xiàn)，為我國(guó)工業(yè)技術(shù)升級(jí)轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排起到重要作用。

　　攻堅(jiān)瓶頸技術(shù)

　　激光是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的前沿，是最具活力的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一，在航空、航天、核能、交通、信息、醫(yī)療等眾多軍民領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，激光加工技術(shù)的水平直接代表了國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)水平。

　　在產(chǎn)生激光光源的眾多激光器中，半導(dǎo)體激光器的轉(zhuǎn)換效率超過(guò)50%。對(duì)此，長(zhǎng)春光機(jī)所研究員，高功率、高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光合束技術(shù)及應(yīng)用團(tuán)隊(duì)成員寧永強(qiáng)的解釋是，通過(guò)半導(dǎo)體激光器，一千瓦的電可以產(chǎn)生五百瓦的激光，轉(zhuǎn)換效率比光纖激光器高50%，比固體激光器高1倍，比二氧化碳?xì)怏w激光器高4倍。

　　高功率、高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光合束技術(shù)及應(yīng)用團(tuán)隊(duì)

　　寧永強(qiáng)表示：“半導(dǎo)體激光器可有效降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，對(duì)我國(guó)由高能耗社會(huì)向節(jié)約型社會(huì)轉(zhuǎn)變具有重大意義。”

　　激光加工需要將成千上萬(wàn)瓦的激光聚焦到一個(gè)非常小的點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度。這時(shí)光束輸入的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)被材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散的部分，材料很快加熱至熔化或汽化程度，從而實(shí)現(xiàn)焊接或切割。

　　與此同時(shí)，寧永強(qiáng)指出：“半導(dǎo)體激光器的單元功率非常小，最大只有十瓦量級(jí)，而且發(fā)散非常嚴(yán)重，難以直接聚焦，制約了其在激光加工、高能激光泵浦以及作為直接光源在激光武器等領(lǐng)域的應(yīng)用，已成為國(guó)際上的重大瓶頸技術(shù)問(wèn)題，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家均將其列入國(guó)家級(jí)發(fā)展計(jì)劃。”

　　因此，團(tuán)隊(duì)合力攻堅(jiān)半導(dǎo)體激光合束技術(shù)，這是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光輸出的最有效技術(shù)。激光合束是一個(gè)提高光束質(zhì)量、增加輸出功率的過(guò)程，寧永強(qiáng)稱：“該技術(shù)將多個(gè)單元器件輸出光束耦合成一束，通過(guò)光束整形，提高整體光束質(zhì)量，提高功率密度;通過(guò)合束，提高輸出功率，形成大功率激光，最終實(shí)現(xiàn)千瓦以上光纖耦合輸出。”

　　謀求合束成果轉(zhuǎn)化

　　長(zhǎng)春光機(jī)所在半導(dǎo)體激光基礎(chǔ)研究及應(yīng)用技術(shù)研究方面一直走在國(guó)內(nèi)前列。自2006年，王立軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始部署半導(dǎo)體激光合束技術(shù)研究新方向，從芯片技術(shù)、封裝技術(shù)、合束技術(shù)等多方面提升半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量。

　　寧永強(qiáng)介紹到：“我們的技術(shù)打破了高功率高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光合束技術(shù)由國(guó)外壟斷的局面，并在該領(lǐng)域擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，于2011年獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，于2015年獲科技部創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)。”

　　團(tuán)隊(duì)不僅實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)少有的芯片制備、列陣封裝、光束整形、系統(tǒng)集成等方面完整技術(shù)條件，還在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面下功夫：近5年來(lái)獲得授權(quán)發(fā)明專利共計(jì)27項(xiàng)，覆蓋了高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光器單元器件設(shè)計(jì)及制備、合束方法以及應(yīng)用，形成完整的半導(dǎo)體激光器研究鏈條，獲得多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)成果。

　　寧永強(qiáng)告訴記者：“依靠這些技術(shù)，長(zhǎng)春光機(jī)所在激光加工領(lǐng)域研制出200 瓦～10 千瓦功率范圍的半導(dǎo)體激光加工光源，已經(jīng)形成激光焊接、激光切割、激光熔覆、激光3D打印四大系列產(chǎn)品，并在國(guó)內(nèi)率先推廣大功率半導(dǎo)體激光加工技術(shù)。”

　　團(tuán)隊(duì)借著國(guó)家鼓勵(lì)科技成果轉(zhuǎn)化的東風(fēng)，謀求合束技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。如今，長(zhǎng)春光機(jī)所的高功率、高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光合束技術(shù)在全國(guó)21個(gè)省市近百家企業(yè)、科研院所應(yīng)用，為全面提升激光技術(shù)水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力做出了巨大貢獻(xiàn)，為我國(guó)工業(yè)技術(shù)升級(jí)轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排起到重要作用。

　　2016年初，由吉林省科技廳、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所共同出資創(chuàng)建了吉林省長(zhǎng)光瑞思激光技術(shù)有限公司，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)進(jìn)行半導(dǎo)體激光技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，先后開(kāi)發(fā)出了激光加工光源、激光醫(yī)療儀器等多項(xiàng)產(chǎn)品。寧永強(qiáng)說(shuō)：“公司目前簽訂合同訂單近千萬(wàn)元，為社會(huì)提供了近30個(gè)就業(yè)崗位。”

　　建設(shè)三層人才梯隊(duì)

　　經(jīng)過(guò)多年的積淀，高功率、高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光合束技術(shù)及應(yīng)用團(tuán)隊(duì)配合得相當(dāng)嚴(yán)密，建立了老中青三層人才梯隊(duì)。

　　王立軍發(fā)揮院士的學(xué)術(shù)帶頭和方向把握作用，根據(jù)國(guó)家需求，統(tǒng)籌規(guī)劃團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)發(fā)展方向，依靠研究領(lǐng)域發(fā)展的前瞻性和戰(zhàn)略性，確定團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新性發(fā)展。

　　作為團(tuán)隊(duì)的中堅(jiān)力量，寧永強(qiáng)力求建設(shè)開(kāi)放、流動(dòng)、競(jìng)爭(zhēng)、擇優(yōu)的團(tuán)隊(duì)環(huán)境，調(diào)動(dòng)團(tuán)隊(duì)的積極性，以學(xué)術(shù)水平、成果為核心對(duì)成員業(yè)績(jī)進(jìn)行考核，建立穩(wěn)定的技術(shù)職稱隊(duì)伍，保障科研工作進(jìn)行。

　　研究員秦莉負(fù)責(zé)前沿創(chuàng)新工作，從理論上為團(tuán)隊(duì)的工作提供支撐，為團(tuán)隊(duì)的技術(shù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);研究員劉云與單肖楠?jiǎng)t發(fā)揮其在封裝技術(shù)領(lǐng)域不斷攻關(guān)所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，不斷提升激光器的散熱能力，提高單元輸出功率，增加激光器可靠性。

　　單肖楠2004年進(jìn)入長(zhǎng)春光機(jī)所，一直從事半導(dǎo)體激光器方面的研究。“從我們認(rèn)準(zhǔn)高功率半導(dǎo)體激光器開(kāi)始，就沒(méi)有退縮，最先的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高功率，后來(lái)，當(dāng)我們實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)的激光輸出時(shí)，發(fā)現(xiàn)高光束質(zhì)量是一個(gè)必然趨勢(shì)，就不斷調(diào)研，不斷改進(jìn)，緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，研究如何實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量。”他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“在歷時(shí)近一年的探索后，確定了幾個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方案，大家開(kāi)始分頭行動(dòng)，從不同方面攻克這個(gè)難關(guān)。正是大家多年的不懈努力，才實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)和國(guó)際領(lǐng)先，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。”

　　團(tuán)隊(duì)中不斷涌現(xiàn)的青年力量則負(fù)責(zé)具體的工作，在技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)化兩個(gè)方面進(jìn)行交叉分工，采取相互支持的方式，推動(dòng)項(xiàng)目順利進(jìn)行。彭航宇與張俊主要負(fù)責(zé)合束技術(shù)的創(chuàng)新，將技術(shù)由腦袋中的一絲閃光，一步步完善，從原理樣機(jī)變成工程樣機(jī)。而朱洪波與付喜宏則將實(shí)驗(yàn)室中的樣機(jī)最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品上市，完成技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的轉(zhuǎn)變。