半导体激光器:向“换道超车”的目标进发

日期:2021-04-04 19:04:12 | 人气: 8976

本文摘要:郑婉华(左三)队在人民大会堂拍照。

郑婉华(左三)队在人民大会堂拍照。半导体激光是当今最重要的激光光源,输出功率大,电光切换效率高。

但普通半导体激光束的收敛角大,收集能力低,束的质量差,必须用于特定的整形光路,系统复杂,制约广泛应用。中科院半导体研究研究所郑婉华研究员及其研究团队多年来一直在半导体激光领域拓展,经过二十多年的学术积累,他们顺利地在外延材料和设备中引进光子晶体结构,构建了电子带和光子模场的领导控制,在维持激光高效输入的同时,激光输入光束的方向和模式大幅提高涉及成果获得2017年国家技术发明奖二等奖。

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从事激光研究的初学者最初决心从事激光研究的算数开始,郑婉华在半导体激光领域已经深耕了27年,1988年以最高成绩毕业于山东大学光学系,以优异成绩转入中国激光领域着名专家许祖彦院士门下学习,毕业后转入中国科学院半导体1994年她去香港后进修,在夏建白院士的指导下,微纳结构能够控制多波长的闪烁研究,为她之后的研究奠定了深刻的基础。人工微结构对材料闪烁有很好的控制。

郑婉华说,她的团队研究是将这种性能与半导体激光相结合,突破现有半导体激光性能提高的技术瓶颈。半导体激光已经发展了60多年,从效率、成本和输出功率来看,是优秀的激光光源。

但是,需要的东西很少,结果很差。郑婉华多年的研究目标是使用方便半导体激光,这是她坚决的初学者。从许祖彦院士门下到半导体工作,从去香港学习博士学位到美国麻省理工学院进行高级访问学者,从一个人不研究到重组攻克困难的研究团队郑婉华一直抱着提高半导体激光性能的初心努力,最后在微结构控制半导体激光性能方面进入自律发展道路,研究的半导体激光性能超过了国际领先水平,她开发的激光器也在很多项目中发挥了最重要的作用在多次实地考察和项目审查中,专家和领导对郑婉华团队研究的评价是这是中国人可能构筑急转弯的方向。

郑婉华说,能够在这个方向构筑急转弯是有实力、不能创造性的研究队伍。团队成员大多是国内自己培养的,他们实验室80%以上的设备是国产或自己开发的,与国内很多半导体激光实验室和行业相比,他们的条件不优秀,看起来还很领先,也有劣势。但是,我们有可能构筑换道转弯。转弯是郑婉华队在研究上勇于自主创新,回顾了更有特色的发展道路。

低成本、高效率、低功耗普通半导体激光器的缺失是光的收集能力差,因此在使用时的高成本、低效率、高功耗。激光的方向性很好,但半导体激光像大喇叭口一样上升,输入光相当收敛。

用于时不能使用光学镜片组重新加入的方法。据郑婉华介绍,半导体激光的功率一般在10瓦左右,高功率的应用往往需要数百个半导体激光组,甚至数万个半导体激光组,假设半导体激光前加入3个光学部件,1万个半导体激光前加入3万个部件。郑婉华团队的研究通过微结构控制光场,加强了半导体激光的光束质量和收集能力。

从明确提出填充腔、光子带原理等基本原理开始,使用最近的流形结构,以此为目标的。通过微结构控制光场,半导体激光输入光仍然是收敛的椭圆光斑,而是低收敛的圆光斑。郑婉华说明了。

这一成果应用于实际中,虽然3万个光学元件不能全部取下,但可能将光学元件增加到300个,构建了数量级的横跨。从市场的角度来看,这种激光的应用大大降低了资金和人工费。过去应用于半导体激光器时,必须多镜头组开展光束整形,价格昂贵,工序复杂,成品率低,现在用镜头解决问题,减少技术难度和系统复杂性,提高系统稳定性和寿命。

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由于闪烁亮度高,聚集能力强,她们开发的光子晶体激光的功率密度比原来的半导体激光提高了几倍。在完全相同的激光功率密度拒绝下,如果普通激光需要2瓦功率驱动,他们开发的激光只需要1瓦左右,即原功率的50%~60%,整体功耗减少。

低功耗、低稳定性和小体积不会给整个系统带来很大的竞争优势。目前,具备一系列自律知识产权的低成本、高效、低功耗的高亮度半导体激光技术正在推进产业化,可行性构筑了郑婉华以使半导体激光更加方便的想法为目标。充满战斗力的队伍郑婉华队的70%成员是非常有战斗力的年轻人。在她的指导下,团队成员学会了踏实探索。

他们为科学研究付出代价,远远超过普通同龄人的困难,以高度的责任感和使命感严格要求自己。郑婉华坦白说:但是,在某种程度上,他们回来我不研究也很辛苦。基本上没有周末和假日。

团队成员、副研究员王宇飞从2009年开始再次加入团队,在近10年的工作中,每次集中开发成功的科研经验,都给人留下了印象。加班费实验到深夜已经是家常便饭,开发的激光器在项目竣工检查时得到同行专家和用户的完全赞扬是对这种辛苦成本的最差报酬,从理论推论到模拟建模,计算结果更好,与构建设备的性能指标相差甚远能够受到寄居最后的考验,也得益于团队多年坚持不懈的研究积累。

团队中坚成员、研究员渠红伟也应对,团队合作,克服困难是团队的常态,如果一件事做不完,大家一起加班,工作到凌晨2点3点是常事。在团队工作中,郑婉华首先拒绝大家必须把合作和反对放在第一位。

在她的领导和增进下,团队成员积极、有始有终、双赢思维、合作效率、不断更新的好习惯、传统。光子晶体激光的研究是集基本原理、技术、应用于一体化的系统研究,团队成员之间的合作是成功的最基本的确保。

如果好的想法和想法不能完全坚持下去的话,团队成员就没有克服困难的精神状态和意志,研究显然不会回顾,更不用说创造性了。未来,团队的目标是去除半导体激光前镜头,技术前进变革的每一点都必须持续多年积累。这需要一个过程。

我们对应充满信心。郑婉华最后说。


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