激光材料：打造高水平应用产业链:工业设计产业链

　　上世纪60年代第一台红宝石晶体激光器问世，激光诞生；70年代掺钕钇铝石榴石问世，固体激光开始大力发展；80年代钛宝石晶体问世，使超短、超快和超强激光成为可能，飞秒激光科学技术蓬勃发展、并渗透到各基础和应用学科领域；90年代矾酸钇晶体问世，固体激光的发展由此进入新时期--全固态激光科学技术……
　　进入新世纪，激光和激光科学技术，正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展。当前，激光材料的组成和结构发生了深刻的变化，已由传统的块体材料单晶和玻璃，衍生出具有微结构的陶瓷和光纤，推动着激光技术新一轮的迅猛发展。与此同时，高平均功率、高光束质量的固体激光器的发展，引入了新型的激光工作物质构型和泵浦方式，对传统激光晶体的尺寸提出了更高的要求，反过来推动着晶体生长技术持续发展。
　　目前，美国、德国、英国和日本在晶体、玻璃、光纤和陶瓷激光方面，总体上领先于世界各国。我国在科研、先进制造业、能源、医疗、国防等众多领域亦将拥有规模巨大的激光及其元器件的应用市场需求（目前，国际传统激光器市场是100亿美元/年，未来新应用领域市场潜力将达10000亿美元/年）。
　　鉴于全固态激光器（DPL）具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点，市场需求十分巨大。全固态激光技术是目前我国在国际上拥有整体优势的高技术领域之一，具备了在部分领域加速发展的良好基础。依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和863计划新材料领域“十一五”科技发展规划，“十一五”期间我国将全固态激光器及其应用技术作为重点项目，以全固态激光器件与材料研究为先导，面向激光先进制造技术、激光显示技术和激光医疗的需求，开拓全固态激光器及其应用技术的产业应用，促进材料与器件研究优势延伸到激光器应用优势和产业优势，在我国造就一个高水平的全固态激光器产业及其应用产业链。
　　
　　30 Gb/s高速率并行光
　　发射模块研制
　　项目简介：30 Gb/s的高速率并行光发射模块主要应用于短距离（300米内）的高速数据传输，并以其高速率、低成本的特点成为最具性价比方案。模块的光源采用波长为850nm的1×12垂直腔面发射激光器阵列，单信道传输速率在2.5Gb/s以上，总数据传输速率可达30 Gb/s。在本成果的研究过程中，主要解决了如下的技术难点：VCSEL集成列阵与深亚微米CMOS高速专用集成电路的兼容性和多芯片组装集成技术；VCSEL列阵与微光学组件光耦合技术；深亚微米CMOS高速激光器列阵专用集成电路设计与制备；30 Gb/s高速率12信道并行光发射模块高频封装结构设计与测试。
　　
　　项目负责：中国科学院半导体研究所。
　　意义：本成果在器件集成方面有很强的综合性，要求各单元部件的高度兼容性，在功能组合、集成技术等方面具有很强的创新性，并具有目标产品开发和关键技术突破。现已在此基础上申请国家发明专利4项，正积极筹备技术转让及小批量生产。
　　
　　GaN半导体光电材料的规模化
　　关键生产技术检测设备
　　项目简介：该成果的光致发光采用400nm半导体激光器，比国外采用的气体激光器，具有成本低、易操作、光强稳定、寿命长、能耗低等特点；光致发光可以给出积分光强、峰值波长、光谱半宽、主波长等参数，电致发光的检测方法是国际首创，其检测结果在提供光参数同时也提供电参数，并且可以测量单只LED，直接与外延片进行比较。利用白光反射谱测量外延片膜厚，也获得了满意效果。所有参数以mapping形式显示，同时显示各个参数的统计结果，并且根据生产单位要求，增加了去孤立点、去边、局部扫描、单点测量等独有功能。
　　项目负责：清华大学。
　　意义：GaN半导体光电材料的规模化关键生产技术的检测设备是LED外延片生产的必备设备，作为生产、销售的主要依据，因为其无损检测的速度快，成本低，结果直观，可以在外延片出炉后马上检测，成为下一炉工艺参数调整的依据。检测的结果也是销售数据。该设备是国内唯一，价格是进口设备的五分之一左右。为企业降低了生产成本。
　　
　　2.5Gb/s混合集成光发射机与
　　接收机芯片及模块关键技术
　　项目简介：该项目研究2.5Gb/s速率系统，但设计的激光器带宽已达到10GHz，可以运用至更高速率级别10Gb/s速率的系统中；采用0.18μm CMOS工艺设计完成了10Gb/s套片的大部分单功能芯片（只少前置），为10Gb/s系统芯片的高性价比研制奠定了基础。完成了高速PIN探测器芯片的制造，已能小批量生产用于2.5Gb/s速率的接收机中；采用特征频率fT只有13GHz的0.35μm CMOS工艺完成了2.5Gb/s速率套片的设计，包括各单功能芯片，组合功能芯片以及接收、发射的单片集成，适用于系统中各种不同情况的应用。
　　
　　项目负责：东南大学。
　　意义：本项目研究内容涉及到光电子器件的研制，高速集成电路芯片的研制以及光发射机、光接收机混合集成所涉及的光路、电路、芯片间耦合，结构封装等多方面，多领域技术的研究。项目的完成，意味着在这些领域，我国的研究水平又上了一个新台阶。
　　
　　新型深紫外非线性光学晶体材料和紫外、深紫外全固态激光器
　　项目简介：深紫外相干光源指波长短于200nm的相干光。除电子同步辐射光源外，目前只有两种途径能产生这类光源的有效功率输出。一种是准分子激光器，例如ArF准分子激光器能产生193.5nm的相干光源，而F2准分子激光器能产生157.6nm的相干光源。另外一种，就是使用深紫外非线性光学晶体，通过高次谐波的方法产生深紫外相干光。该技术研究在863项目的长期支持下取得了以下突破：
　　1．通过KBBF相关系研究和生长方法的改进，采用特殊设计的铂金坩埚，成功地生长出20×10×1.8mm3全透明的KBBF单晶。
　　2．利用我们在国际上首次提出的并获得中、美两国专利的KBBF棱镜耦合技术，制作成功光接触KBBF－CaF2棱镜耦合器件。
　　3．使用这一KBBF棱镜耦合器件和直接倍频方法，成功地实现了深紫外谐波光输出的3个国际首创：
　　（1）首次实现200nm～193.5nm飞秒激光有效功率输出。200nm的输出功率达到12mW， 转换效率超过9.5％，193.5nm的输出功率达到13mW，转换效率超过10％，已经达到实用化要求。
　　（2）首次实现了Nd:YVO4激光的6倍频谐波光177.3nm输出,并获得3.5mW的有效功率输出。
　　（3）首次实现了Ti:Sapphire可调谐激光的4倍频谐波光输出，可调范围达到200nm～170nm，最大输出功率2.5mW。
　　4．Nd:YVO4激光的6倍频器件，已首次被使用于超高分辨率光电子能谱仪上，在国际上首次建造成功分辨率高达0.36meV的光电子能谱仪。首次测量出CeRu2等化合物超导体在超导态时，Cooper电子对和超导能隙的形成。超高分辨率能谱仪的建造成功，将为未来高温超导体的理论解释提供重要数据。
　　项目负责：中科院理化技术研究所。
　　意义：全固态深紫外相干光源却具有操作方便、线宽窄、波长可调、易获得单模输出等优点，因此在深紫外光谱区，这种光源在光谱、能谱仪，激光医疗，光刻技术等方面将有广泛应用。
　　
　　808nm连续100W光纤输出大功率激光二极管列阵模块产业化技术
　　项目负责：大功率半导体激光器列阵光纤耦合输出模块主要用于大功率固体激光器的端面泵浦源、激光手术刀、光纤激光器的泵源等。本项目采用完全自主的MOCVD外延生长技术、突破了高亮度器件的制作工艺技术以及低成本高效率光纤耦合技术。已实现了耦合器件的批量化试生产，可以提供数十瓦至数百瓦的实用化光纤耦合器件，达到了国际同类商用器件水平。
　　该项目所研制器件的波长为808nm，采用完全自主的MOCVD外延生长技术将本项目技术移植到波长为976nm和915nm，已研制出大功率半导体激光器线列阵光纤耦合输出器件作为大功率光纤激光器泵浦源。
　　项目负责：中国科学院半导体研究所。
　　意义：该项目大功率半导体激光器线列阵光纤耦合输出器件的研制成功，应用于端面泵浦大功率固体激光器，将会大大促进我国相关产业及学科的发展，目前国内楚天、大族、创科源等已在打标机中用激光二极管作泵源取代传统的灯泵。本项目所研制器件是光电子武器系统的关键器件，在军事领域的应用比民用更广阔，更重要。因此，该项目的研制成功，对于国防现代化以及提高我国的科技竞争力具有重要意义。
　　
　　氮化镓基激光器
　　项目简介：氮化镓基激光器在信息的光存储、激光打印、激光显示等领域有着广阔的应用前景。氮化镓基激光器与目前DVD和CD-ROM中常用作光记录和读取光源的780nm或650nm红色激光器相比较，其波长短，光点面积小，如果用做光记录和存储可以提高光盘存储密度近1个量级，在一张12cm的光盘上可以实现单层碟片25GB的存储容量，双层碟片的50GB以上存储容量，在一张光盘上可以记录13个小时的普通电视节目或２个小时的高清晰度电视信号；氮化镓基激光器用在激光打印机中，其分辨率可以从现在标准的600dpi提高到1200dpi,打印速度提高8倍；氮化镓基激光器还可以做为彩色显示的标准三基色光源之一─蓝色光源，实现全真彩的显示。
　　
　　该成果攻克了氮化镓基激光器的材料外延生长、器件图形化工艺、器件性能测试等一系列技术难题。氮化镓材料本底电子浓度小于5X1016/cm3,室温电子迁移率达到1000cm2/VS，处于世界先进水平;获得了高质量的AlGaN/GaN超晶格光限制层材料和GaN/InGaN量子阱结构发光有源区材料 ；用解理的方法形成了性能良好的激光器反射腔面；发展了一套完整的激光器的测试和分析方法。在我国大陆首次研制成功了具有自主知识产权的室温脉冲激射的氮化镓基激光器，并具有了小批量研制生产能力，氮化镓基激光器采用在蓝宝石衬底上外延生长的脊型波导结构, 激射波长为400-415nm,激射阈值电流密度3.5-6KA/cm2。
　　项目负责：中科院半导体研究所。
　　意义：氮化镓基激光器是目前国际上氮化镓基光电子材料与器件研究领域竞争最激烈,技术难度最大,最具挑战性和标志性的研究课题。在我国大陆首次研制成功具有自主知识产权的室温脉冲激射的氮化镓基激光器，大大的缩短了我国与世界先进水平的差距。
　　
　　光通信用10Gb/s激光器模块及关键技术
　　项目简介：在半导体探测器和激光器优化设计方面，突破传统的观念和约束，研制出了实用化的超宽频带TO封装的蝶型封装激光器和光探测器模块，所研制的器件在国家军事工业中已经得到应用。研制出国际通行电接口和光端口规范的光转发器（Transponder)，并有小量产品销售。在器件封装过程中，利用封装寄生参数对芯片特征参数的补偿，使封装后器件的性能比封装前芯片的性能还要好。
　　项目负责：中国科学院半导体研究所。
　　意义：项目研究中所发展起来的技术，创新性的技术突破和培养的技术人才等,对我国高速光通信技术和光电子器件的发展有重要的推动作用。