全固态激光器的应用概况

当前，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。

国科激光与多年从事全固态激光器研究的中科院物理所合作，对该所在国家973项目、863项目和中科院重大项目等支持下的，并通过863验收、中科院院级成果鉴定的CW红光全固态激光器（国际领先）、多波段宽调谐全固态激光器（国际首创）、CW绿光全固态激光器（国内首创，国际先进）、QCW高光束质量全固态激光器（国内领先）等科研成果进行接产。还与该所合作完成全固态高功率红、绿、蓝三基色激光器，紫外全固态激光器，高光束质量、高功率QCW全固态激光器等项目，并研制成功国内第一台可调谐掺钛蓝宝石激光器。

一种全固态激光器

本实用新型涉及一种全固态激光器，包括谐振腔，其特征在于所述谐振腔包括用作激光晶体的掺钕钒酸钆晶体，所述掺钕钒酸钆晶体中钕的掺杂浓度至少为0．5atm%。本实用新型首次用全固态激光器实现了960nm激光的输出，该激光属于红外波段，应用前景广阔，例如，红外激光用于材料微加工、用于监测工业加工环境安全；红外激光还可应用于激光焊接，可以制造出超过原材料硬度的焊接缝。 申请日： 2008年10月30日 公开日： 授权公告日： 2009年11月11日 申请人/专利权人： 北京中视中科光电技术有限公司 申请人地址： 北京市海淀区永丰高新技术产业基地永捷北路3号现代企业加速B座5层 发明设计人： 刘谊元；张瑛；亓岩；严伟；毕勇；贾中达 专利代理机构： 北京泛华伟业知识产权代理有限公司 代理人： 王勇 专利类型： 实用新型专利 分类号： H01S3/08H01S3/16H01S3/109H01S3/0941 全固态激光器 全固态激光器（DPL，Diode Pumped solid state Laser）是指以半导体激光器（LD）作为泵浦源的固体激光器，相对于只要求工作物质为固体激光材料的传统固体激光器，DPL的激光工作物质、激励源等部分均由固体物质构成，它集中了传统固体激光器和半导体激光器的优势于一身，具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、易 *** 作、运转灵便（连续/重复率/长/短脉冲）、易智能化、无污染等优点，成为目前最具潜力的新一代激光源之一。

按泵浦方式来分类，全固态激光器可分为端面泵浦、侧面泵浦和混合泵浦等类型。一般来说，中小功率的激光器多采用端面泵浦方式，可得到比较好的光束质量；而高功率的激光器多采用侧面泵浦或混合泵浦方式，但光束质量比较差。近来，随着泵浦技术研究的不断发展和成熟，也有人采用特殊技术、利用侧泵方式获得了高光束质量的激光输出，及利用端泵方式实现高功率的报道。

按工作物质形状来分类，全固态激光器常被分为以下几种：棒状激光器、板条激光器， 盘片激光器和光纤激光器等。它们各有优点，近来都吸引了众多的科研工作者的光，并都获得了迅速的发展，当前，最高功率已实现万瓦级的激光输出。

DPL具有的独特优势以及广阔的应用前景，国际上都投入了大量的人力和财力进行研究并取得了重大进展，当前输出平均功率均已超过万瓦，并已经分别用于工业或军事领域。国内在这方面的研究起步较晚，与国际尚有较大差距，但发展非常迅速，已逐步接近国际水平。2008年7月，中国科学院半导体研究所为国内首家研制成功满足工业需求的千瓦级全固态激光器的单位。

另外，DPL通过变频可实现红、绿、蓝等可见光输出，进一步变频可实现紫外甚至深紫外的激光输出，而利用光参量等方式，它又可以实现中红外的输出，因此具有非常广阔的输出波段。再加上DPL输出功率动态范围极大（从mW到TW），又便于模块化和电激励，因此已成为激光技术的重要发展方向，是目前最具潜力的新一代激光源之一，应用范围遍及材料加工、信息业、医疗、生物工程、环保和能源等重要领域。

我国光电子技术产业发展历程与展望

光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。

光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。

由于光电子器件是信息光电子技术应用系统的核心和关键，所以863计划中将光电子器件及其集成技术选为信息领域的四个主题之一，即863－307主题。

经过863计划的支持，光电子主题取得了重大的进展。主要是：关键技术量子阱材料和量子阱器件研制已取得决定性的突破；大功率半导体激光器及其泵浦的固体激光器、掺铒光纤放大器和量子阱、dfb激光器及高速光收发模块等一批重大、重点课题取得重要成果，迈进了成果转化的新阶段；gan基蓝光led和ld、dfb－ld＋ea光子集成组件、gesi／si材料和量子点器件，面发射激光器等致力于技术创新的课题取得显著进展，有些项目，如四方相gan材料及有关电致发光二极管达到国际领先水平，dfb－ld＋ea光子集成器件等达到国际先进水平。

根据国内外的发展态势，光电子主题专家组强调要做到“两个转移、一个新突破”，即：将已取得的科研开发成果，特别是重大项目的成果向规模化生产转移；将关键技术的研究中已取得突破的技术向发展目标产品转移；继续抓创新和关键技术的研究、实现在光子集成技术上的新突破。为此，主题专家组在五个重点方向上设置了研究课题，深入开展研究开发和成果转化工作：

高速宽带光纤通信与光纤接入网关键光电子器件及单元技术方面，积极开展对10gb／s光收发器件和模块的研究开发、同时增加对无源wdm器件的研制开发。为已形成的dwdm系统市场提供必要的元器件、部件和子系统。

光存储中的光电子器件与部件及其应用方面，发展计算机用的dvd－rom和dvd播放机所用的半导体红光激光器、进而开发dvd光头这一关键部件并及早部署发展下一代蓝光乃至紫外光超大容量光存储的光头的设计和制造技术。

光显示中的光电子器件与部件及其应用方面，主要发展红、橙和蓝色的高亮度、长寿命led。与材料领域合作，研制大型平板显示器所需的全色led系列产品。在红、橙高亮度led上，实现成果向大规模生产的转移，在gan蓝光器件的研制上保持发展创新带来的技术优势，做好向目标产品的转移，并考虑开拓节能白光led的新领域。

大功率半导体激光器及其应用方面，包括不同波长的大功率半导体激光器及其泵浦的固体激光器（dpl）的研制开发。开拓其在工业、医疗和军事中的广阔应用前景，其市场明朗、需求巨大。今后的任务是开拓已有的大功率半导体激光器和dpl的成果，促进相关应用产品的产业化。

光互连、光交换及光计算技术研究方面，抓住高性能网络计算系统及高性能并行计算机目前高速发展的时机，有选择地研究开发一批光互连的关键器件与单元技术，拓宽国内光电子器件的应用领域。同时，对波长路由器、波长转换器等光交换系统急需的核心器件开展研究，争取实现技术上的创新和突破，配合307主题有关课题完成光交换系统和全光网络的研究工作。

在上述五个重点方向中，光通信和光存储两项是重中之重。其中光通信对于国民经济和国防建设的意义重大。主题已将有关的量子阱dfb激光器、光收发模块等七个课题集成，合并为一个重大项目立项研究。主题正在开拓新的重点方向是研制开发超大容量光存储技术所需的半导体红光激光器和dvd光学读写头。光头所需的非球面透镜的设计和生产技术、专用的oeic、伺服系统等的研究也做了部署，为国内数字激光视盘产品自我开发和大规模生产打下基础。

863计划实施以来，光电子主题取得了多方面的成绩。在技术方面实现了量子阱材料和器件的突破，完成了用于高速光通信、光存储和光显示的几十种关键器件的研制和商品化，结束了半导体激光器和光纤放大器国外产品的垄断局面。

实际上，主题的成果还起到了支撑其他主题和项目完成的作用。例如在“2.5gb／s sdh光纤通信系统”及其在海南省的海口——三亚试验工程和“8×2.5gb／s wdm实验系统”两个307主题重大项目当中，本主题研制的掺铒光纤放大器（edfa）、2.5gb／s高灵敏度光接收模块和光波长转换模块等以优于国外同类产品的性能和相对低廉的价格，为系统研制的成功起到关键的作用；系统的监控部分也全部采用本主题的量子阱激光器和探测器。另外如808nm大功率激光器及其泵浦的绿光固体激光器、670nm红光激光器已实现了产品化和商品化并批量出口占领国际市场；国内移动通讯系统的光纤直放站所用的光电器件中，90％均使用的是国产器件。

与此相关的是促进产业化的工作。在最大限度地把科技成果转化为生产力，促进国内光电子产业的形成和发展壮大方面，光电子主题取得了很有价值的经验，并形成多种形式的成果转化模式，其中包括：

成果转化基地内部转化。如武汉邮电科学研究院的光纤放大器在重大研究课题的基础上，自己筹资建立生产线，开始了规模化的生产。

向企业进行技术转让，形成光电子产业新的增长点。如清华大学的光纤放大器和绿光固体激光器等成果分别转让两个生产单位，有力支持了后续的科学研究。

吸引投资成立新的产业实体。如中科院长春光机所通过融资800万元成立高新技术公司建成绿光固体激光器生产线，主要销往国际市场，形成了国际上这一类产品的龙头企业。

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