《单芯片高光束质量光子晶体激光器》

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高功率、高光束质量、高效率是未来半导体激光器发展方向。半导体所是长期从事光子晶体激光器研究,在传统半导体激光器中引入光子晶体结构,利用光子晶体调控机制,将单芯片激光输出的垂直和水平发散角从40度×10度降到6.5度×7.1度以下,从芯片层次改善光束质量,简化整形,且与批量生产技术兼容。该技术可广泛用激光引信、激光测距、激光制导、光纤激光器和固态激光器的泵浦光源,可推动半导体激光器在诸多领域的直接应用,具有重大应用前景和市场潜力。课题组研制的激光器主要特点如下:波长范围905-1064nm、水平、垂直发散角<10度;直流输出功率>5W;窄脉冲输出功率>20W;光子晶体激光器模块窄脉冲输出功率>130W;并与传统半导体激光器工艺相兼容。此外还开展了808nm、980nm和1064nm等波段光子晶体激光器研究。“先进半导体光子晶体激光器技术研究”获得2013年度北京市科学技术奖二等奖,光子晶体高功率高亮度激光器被评为“2014中国光学重要成果”。申请发明专利21项,其中授权专利9项,预计一两年内还会申请10多项核心专利。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。半导体国防领域、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。美国市场研究公司Strategies Unlimited发布其年度市场研究报告,预计全球激光器市场的年度总收入,到2017年将有望超过110亿美元。半导体激光器稳占全球激光器市场一半,将超过50亿美元市场。国际上直接工业用大功率半导体激光器在输出功率5000W级别已超过灯抽运固体激光器的光束质量,在1000W级别已超过全固态激光器的光束质量。随着化合物半导体技术的进步,工业用大功率半导体激光器的输出功率和光束质量将进一步提高,将进一步扩展其工业应用范围。中科院半导体所在高光束质量光子晶体激光器领域有十余年的科研积累,该高光束质量光子晶体激光器水平在国内处全面领先,并掌握从结构设计、材料生长、工艺制备、封装测试等方面全部自主知识产权,特别是从芯片层次改善半导体激光器光束质量,明显技术优势,推动半导体激光器芯片产业化,填补国内关键产业空白,打破半导体激光芯片长期垄断地位。技术转让、技术服务。为建成月产50万瓦的高光束质量光子晶体半导体激光器的生产能力,企业需要设备投资6500万元,每年的运转费为2000万元。金属有机物化学气相淀积系统(MOCVD):设备价格约1000万元/台,每台需要60m<'2>超净室,另需配套液氮气房。完整的工艺加工生产线:激光器材料测试分析、清洗,光刻、刻蚀、溅射、蒸发、减薄、镀膜、合金、解理等工艺过程需要一条完整工艺线,设备总价值越5000万元,需要千级至万级超净工艺间约1000 m<'2>。器件封装和测试系统:激光器管芯封装、测试。及老化系统,共需要500万元,厂房面积1200m<'2>。

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