科技成果

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成果名称: 808nm 600W半导体激光器芯片制造技术

成果登记号: 9612021Y1214

第一完成单位: 西安立芯光电科技有限公司

联 系 人: 杨欢

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新产品

应用行业: 制造业

成果简介:

半导体激光器作为一个世界前沿的研究方向,其发展涉及到国家战略层面。

半导体激光器以其转换效率高、寿命长、体积小、质量轻、可靠性高、能直接调制及易与其他半导体器件集成等特点,被广泛应用于军事、工业、航空、航天等关系国家竞争力的关键领域。

半导体激光器在军事上的应用主要包括:配备半导体激光器的高能激光武器,可用于各种近程导弹防御拦截;激光制导,使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标,半导体激光制导多用于地-空导弹、空-空导弹、地-地导弹等;激光测距,主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域;激光雷达,用于监测目标,对来袭目标精确定位以及对直升飞机和巡航导弹的地形跟踪等。

其中制导和测距等应用以高功率脉冲半导体激光器为主,波长集中在904 nm 波长附近,近年来有向长波长发展的趋势。

随着半导体激光器结构优化技术、材料外延生长技术、腔面钝化技术和封装技术的发展和进步,半导体激光器的功率、可靠性和转换效率都得到了迅速提高,在国际范围内受到了高度的关注和重视,世界激光大国正在以惊人的速度和隐秘的举措发展军用激光,占领航空、航天、航海、信息等领域。

以美国为例,国防部、宇航局、各军兵种以及国家实验室等20 多个部门都在为武器装备研制高功率半导体激光器,因而一直保持世界领先地位。

2009年1月美国陆军测试了雷锡恩公司的激光演示系统,它的功率达到了50千瓦,雷锡恩公司计划用它代替海军的密集阵系统和陆军的陆基密集阵系统。

2009年6月雷锡恩公司进行了海军激光器项目的陆上射击测试,为战舰提供对小型飞机和小艇的防御能力,在中国湖靶场的三次试验中击落了共计5架无人机,验证了其攻击能力。

美国在2010年1月实现了半导体激光器泵浦固体激光器105千瓦的输出,达到了第三阶段被视为武器级高能激光门槛的100千瓦功率目标,预示着半导体激光器泵浦固体激光器距离实际的激光武器又近了一步。

诺斯罗普o格鲁曼公司105千瓦功率的激光器由7个15千瓦的FireStrike激光模组组成。

根据相关资料说明, FireStrike激光模组能达到光束质量达1.5倍衍射极限15千瓦的光功率输出;启动快,从停机到全功率输出只需要0.5秒;可靠性好,其激光输出时间只受到输入能量和冷却系统的时间限制。

比之传统化学激光器,走向小型化模块化和通用化的超过100千瓦固体激光器,己经对化学激光器构成了竞争压力,未来可集成在从陆军高能激光器技术演示到海军战舰自身防御以及海空军的先进攻击无人机与战斗机上。

目前,国内半导体激光器芯片供不应求,特别是高端激光器芯片基本依赖进口。

国内虽有几家拥有MOCVD外延生长设备的科研院所仅可以小批量地生产低功率(如单管4W、CW巴条40W、QCW100W以下)的激光器芯片满足自用,没有形成商业化批量生产能力,更不具备高端激光器芯片的生产能力。

随着半导体激光器芯片性能的不断提高,在国防领域的应用也越来越多,国内的相关军事装备制造单位,包括四川绵阳的中国工程物理研究院第十研究所、河北石家庄的中国电子科技集团公司第十三研究所、重庆的中国电子科技集团公司第四十四研究所等,对该类半导体激光器芯片的需求量也在持续增加,但是由于国外的高功率半导体激光器芯片对国内实行禁运,仅出售部分低功率芯片给国内,并且交货数量和周期均无法得到保证,使得国内军用激光器在研发速度、性能指标、集成度、可靠性等方面,明显逊色于国外同类产品。

综上所述,提高半导体激光器的输出功率,实现小尺寸、质量轻、可扩展性和兼容性,提高与其他技术可集成性,提高半导体激光器在特殊应用环境下的寿命和可靠性等仍然是在军事领域应用的半导体激光器未来的发展趋势。

国内外市场对该类半导体激光器芯片的需求旺盛,而我国半导体激光器的研制和生产技术与国际相比,还有一定的差距。

本项目通过对808nm准连续600W半导体激光器芯片关键技术的研究,获得808nm准连续系列激光器芯片的核心技术,解决808nm准连续系列激光器芯片在产品化中的关键问题,推动采用高功率半导体激光器芯片泵浦的固体激光器发展,进而推动相关千瓦级高功率激光武器的发展,改善国外相关产品长期禁运导致国内军用激光武器技术发展缓慢的窘境。