我國半導體激光合束技術進展及背后團隊

　　產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、半導體激光器等，其中半導體激光器是目前轉換效率最高的一種光源。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所(以下簡稱長春光機所)是國內最早研制出半導體激光器和固體激光器的單位。

　　如今，長春光機所的高功率、高光束質量半導體激光合束技術在全國21個省市近百家企業(yè)、科研院所應用，為全面提升激光技術水平，改善產品質量和增強國際競爭能力做出了巨大貢獻，為我國工業(yè)技術升級轉型、節(jié)能減排起到重要作用。

　　攻堅瓶頸技術

　　激光是先進制造技術發(fā)展的前沿，是最具活力的經濟增長點之一，在航空、航天、核能、交通、信息、醫(yī)療等眾多軍民領域應用廣泛，激光加工技術的水平直接代表了國家的工業(yè)基礎水平。

　　在產生激光光源的眾多激光器中，半導體激光器的轉換效率超過50%。對此，長春光機所研究員，高功率、高光束質量半導體激光合束技術及應用團隊成員寧永強的解釋是，通過半導體激光器，一千瓦的電可以產生五百瓦的激光，轉換效率比光纖激光器高50%，比固體激光器高1倍，比二氧化碳氣體激光器高4倍。

　　高功率、高光束質量半導體激光合束技術及應用團隊

　　寧永強表示：“半導體激光器可有效降低能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，對我國由高能耗社會向節(jié)約型社會轉變具有重大意義。”

　　激光加工需要將成千上萬瓦的激光聚焦到一個非常小的點，使焦點處達到很高的功率密度。這時光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分，材料很快加熱至熔化或汽化程度，從而實現(xiàn)焊接或切割。

　　與此同時，寧永強指出：“半導體激光器的單元功率非常小，最大只有十瓦量級，而且發(fā)散非常嚴重，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域的應用，已成為國際上的重大瓶頸技術問題，世界主要發(fā)達國家均將其列入國家級發(fā)展計劃。”

　　因此，團隊合力攻堅半導體激光合束技術，這是一項實現(xiàn)高功率、高光束質量半導體激光輸出的最有效技術。激光合束是一個提高光束質量、增加輸出功率的過程，寧永強稱：“該技術將多個單元器件輸出光束耦合成一束，通過光束整形，提高整體光束質量，提高功率密度;通過合束，提高輸出功率，形成大功率激光，最終實現(xiàn)千瓦以上光纖耦合輸出。”

　　謀求合束成果轉化

　　長春光機所在半導體激光基礎研究及應用技術研究方面一直走在國內前列。自2006年，王立軍帶領團隊開始部署半導體激光合束技術研究新方向，從芯片技術、封裝技術、合束技術等多方面提升半導體激光器的光束質量。

　　寧永強介紹到：“我們的技術打破了高功率高光束質量半導體激光合束技術由國外壟斷的局面，并在該領域擁有核心自主知識產權，于2011年獲國家技術發(fā)明二等獎一項，于2015年獲科技部創(chuàng)新人才推進計劃重點領域創(chuàng)新團隊榮譽。”

　　團隊不僅實現(xiàn)了國內少有的芯片制備、列陣封裝、光束整形、系統(tǒng)集成等方面完整技術條件，還在知識產權保護方面下功夫：近5年來獲得授權發(fā)明專利共計27項，覆蓋了高光束質量半導體激光器單元器件設計及制備、合束方法以及應用，形成完整的半導體激光器研究鏈條，獲得多項國際領先技術成果。

　　寧永強告訴記者：“依靠這些技術，長春光機所在激光加工領域研制出200 瓦～10 千瓦功率范圍的半導體激光加工光源，已經形成激光焊接、激光切割、激光熔覆、激光3D打印四大系列產品，并在國內率先推廣大功率半導體激光加工技術。”

　　團隊借著國家鼓勵科技成果轉化的東風，謀求合束技術成果轉化。如今，長春光機所的高功率、高光束質量半導體激光合束技術在全國21個省市近百家企業(yè)、科研院所應用，為全面提升激光技術水平，改善產品質量和增強國際競爭能力做出了巨大貢獻，為我國工業(yè)技術升級轉型、節(jié)能減排起到重要作用。

　　2016年初，由吉林省科技廳、中科院長春光機所共同出資創(chuàng)建了吉林省長光瑞思激光技術有限公司，團隊負責進行半導體激光技術成果的轉化，先后開發(fā)出了激光加工光源、激光醫(yī)療儀器等多項產品。寧永強說：“公司目前簽訂合同訂單近千萬元，為社會提供了近30個就業(yè)崗位。”

　　建設三層人才梯隊

　　經過多年的積淀，高功率、高光束質量半導體激光合束技術及應用團隊配合得相當嚴密，建立了老中青三層人才梯隊。

　　王立軍發(fā)揮院士的學術帶頭和方向把握作用，根據(jù)國家需求，統(tǒng)籌規(guī)劃團隊的重點發(fā)展方向，依靠研究領域發(fā)展的前瞻性和戰(zhàn)略性，確定團隊的創(chuàng)新性發(fā)展。

　　作為團隊的中堅力量，寧永強力求建設開放、流動、競爭、擇優(yōu)的團隊環(huán)境，調動團隊的積極性，以學術水平、成果為核心對成員業(yè)績進行考核，建立穩(wěn)定的技術職稱隊伍，保障科研工作進行。

　　研究員秦莉負責前沿創(chuàng)新工作，從理論上為團隊的工作提供支撐，為團隊的技術發(fā)展奠定堅實的基礎;研究員劉云與單肖楠則發(fā)揮其在封裝技術領域不斷攻關所積累的豐富經驗，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年進入長春光機所，一直從事半導體激光器方面的研究。“從我們認準高功率半導體激光器開始，就沒有退縮，最先的目標是實現(xiàn)高功率，后來，當我們實現(xiàn)千瓦級的激光輸出時，發(fā)現(xiàn)高光束質量是一個必然趨勢，就不斷調研，不斷改進，緊跟國際發(fā)展趨勢，研究如何實現(xiàn)高功率、高光束質量。”他告訴《中國科學報》記者，“在歷時近一年的探索后，確定了幾個可行的實現(xiàn)方案，大家開始分頭行動，從不同方面攻克這個難關。正是大家多年的不懈努力，才實現(xiàn)了國內和國際領先，填補了國內空白。”

　　團隊中不斷涌現(xiàn)的青年力量則負責具體的工作，在技術領域和產業(yè)化兩個方面進行交叉分工，采取相互支持的方式，推動項目順利進行。彭航宇與張俊主要負責合束技術的創(chuàng)新，將技術由腦袋中的一絲閃光，一步步完善，從原理樣機變成工程樣機。而朱洪波與付喜宏則將實驗室中的樣機最終轉化為產品上市，完成技術從實驗室走向市場的轉變。