我国成为世界唯一制造精密化紫外全固态激光器的国家
[2013/10/22]
近日，依托中国科学院半导体研究所建设的北京市全固态激光先进制造工程技术研究中心2012年阶梯计划项目“500W准连续全固态激光器研究”通过专家验收。该课题在前期工作的基础上，经过深入研究，完成了国内首台平均输出功率大于500W的准连续全固态激光器的样机研制，打破了德国罗芬对国内激光器在工业领域的垄断，并成功入选“2013年度国家重点战略新产品”。该样机通过科技查新得出结论：“在国内同类研究中，未见其它文献报道的准连续全固态激光器，采用了与该查新项目完全相同的技术以得到相同的功率(平均功率1020W，峰值功率560kW)”。
经过10多年的努力，中科院的科研人员在深紫外激光非线性光学晶体方面实现突破，在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾晶体，并发现该晶体是第一种可用直接倍频法产生深紫外波段激光的非线性光学晶体。在此基础上，科研人员又发明了棱镜耦合技术(已获中、美、日三国专利)，率先发展出直接倍频产生深紫外激光的先进技术，并全面开展新型深紫外激光科研装备的研制和学科应用研究。
经过5年多的持续攻关，利用大尺寸氟硼铍酸钾晶体和棱镜耦合专利技术，中科院理化技术所、物理所、大连化物所和半导体所的科研人员在世界上首次研制成功8类8台集实用化、精密化于一体的深紫外固态激光源，实现了一系列关键指标的突破。利用这8台深紫外固态激光源，科研人员成功研制出了深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光发射电子显微镜、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪等8台科学仪器。
在专项资金的引导下，工程中心积极与企业开展产学研合作，在激光清洗、激光毛化等方面取得应用，项目成果已经逐步在新加坡、江苏、山东、山西等地实现产业化，将较大提升我国准连续激光光源工程化及产业化能力，对我国现代制造加工业发展具有重要推动作用。
全固态激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、运转灵便等特点，已成为最具潜力的新一代激光源之一。近年来，材料加工处理等产业的迅猛发展对激光性能的多样化提出了越来越高的要求，高平均功率、高峰值功率、高重复频率、纳秒级脉冲宽度的全固态激光器因其在激光清洗、激光打孔与切割、激光表面处理等领域的广泛应用和卓越表现，吸引了国内外众多研究机构的兴趣。
目前这8台仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等一系列重大研究领域中获得了重要结果：证实了Pb、O等原子可通过单层石墨烯岛的开放边界进行插层反应，实现石墨烯与衬底之间去耦合;首次发现拓扑绝缘体Bi2Se3的自旋结构和轨道结构是固定在一起;首次观测到Bi2212能量/动量谱与不同激发光子能量关系。相关研究成果已发表在国际顶级科学期刊上。
“十一五”之前，我国所有的高功率全固态激光器全部依赖进口，不仅价格昂贵，而且受到各种限制，阻碍了我国先进制造业的发展。国家“八五”计划期间，863计划开始着力支持我国全固态激光器的发展。全固态激光器的发展方向大体为：输出功率为微/小/中型的器件将沿着多样化、智能化、产业化方向发展，大功率器件将向高平均功率/高光束质量发展，而战略性应用的高能全固态激光器将得到特别加强从而开发出更多新技术，如目前正待发展的热容运转技术和功率合成技术。
目前，国内大功率全固态激光器研究水平最高的代表为中科院物理所，已研制出大功率全固态激光、全固态宽调谐飞秒激光器、深紫外至中红外全固态激光器。并用自行研制的全固态高功率红、绿、蓝三基色激光器为光源，于2002年在国内首次实现全固态激光全色显示，2003年实现60前投和背投原理性演示样机，2005年成功研制出60激光家庭影院、84及140大屏幕激光显示样机。先后参加了863“十五”重大成果展、科技创新展和上海国际工业博览会，获得博览会的科技创新奖。而我国对全固态紫外激光技术及应用系统的研究尚处在起步阶段。
经过10多年的努力，中科院的科研人员在深紫外激光非线性光学晶体方面实现突破，在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾晶体，并发现该晶体是第一种可用直接倍频法产生深紫外波段激光的非线性光学晶体。在此基础上，科研人员又发明了棱镜耦合技术(已获中、美、日三国专利)，率先发展出直接倍频产生深紫外激光的先进技术，并全面开展新型深紫外激光科研装备的研制和学科应用研究。
经过5年多的持续攻关，利用大尺寸氟硼铍酸钾晶体和棱镜耦合专利技术，中科院理化技术所、物理所、大连化物所和半导体所的科研人员在世界上首次研制成功8类8台集实用化、精密化于一体的深紫外固态激光源，实现了一系列关键指标的突破。利用这8台深紫外固态激光源，科研人员成功研制出了深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光发射电子显微镜、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪等8台科学仪器。
在专项资金的引导下，工程中心积极与企业开展产学研合作，在激光清洗、激光毛化等方面取得应用，项目成果已经逐步在新加坡、江苏、山东、山西等地实现产业化，将较大提升我国准连续激光光源工程化及产业化能力，对我国现代制造加工业发展具有重要推动作用。
全固态激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、运转灵便等特点，已成为最具潜力的新一代激光源之一。近年来，材料加工处理等产业的迅猛发展对激光性能的多样化提出了越来越高的要求，高平均功率、高峰值功率、高重复频率、纳秒级脉冲宽度的全固态激光器因其在激光清洗、激光打孔与切割、激光表面处理等领域的广泛应用和卓越表现，吸引了国内外众多研究机构的兴趣。
目前这8台仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等一系列重大研究领域中获得了重要结果：证实了Pb、O等原子可通过单层石墨烯岛的开放边界进行插层反应，实现石墨烯与衬底之间去耦合;首次发现拓扑绝缘体Bi2Se3的自旋结构和轨道结构是固定在一起;首次观测到Bi2212能量/动量谱与不同激发光子能量关系。相关研究成果已发表在国际顶级科学期刊上。
“十一五”之前，我国所有的高功率全固态激光器全部依赖进口，不仅价格昂贵，而且受到各种限制，阻碍了我国先进制造业的发展。国家“八五”计划期间，863计划开始着力支持我国全固态激光器的发展。全固态激光器的发展方向大体为：输出功率为微/小/中型的器件将沿着多样化、智能化、产业化方向发展，大功率器件将向高平均功率/高光束质量发展，而战略性应用的高能全固态激光器将得到特别加强从而开发出更多新技术，如目前正待发展的热容运转技术和功率合成技术。
目前，国内大功率全固态激光器研究水平最高的代表为中科院物理所，已研制出大功率全固态激光、全固态宽调谐飞秒激光器、深紫外至中红外全固态激光器。并用自行研制的全固态高功率红、绿、蓝三基色激光器为光源，于2002年在国内首次实现全固态激光全色显示，2003年实现60前投和背投原理性演示样机，2005年成功研制出60激光家庭影院、84及140大屏幕激光显示样机。先后参加了863“十五”重大成果展、科技创新展和上海国际工业博览会，获得博览会的科技创新奖。而我国对全固态紫外激光技术及应用系统的研究尚处在起步阶段。
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