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中国半导体激光产业发展现状分析 半导体激光发展前景广阔

中国半导体激光产业发展现状分析 半导体激光发展前景广阔
中国半导体激光产业发展现状分析 半导体激光发展前景广阔

中国半导体激光产业发展现状分析半导体激光发展前景广

半导体激光具有方向性好、亮度高、单色性好和高能量密度等特点。以半导体激光器为基础的半导体激光工业在全球发展执着迅猛,现在已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。

由于半导体激光具有众多优点,发达国家为了在全球化竞争环境中占据世界信息技术制高点,纷纷加紧实施半导体激光产业发展计划,如美国的“半导体激光核聚变计划”、德国的“半导体激光2001行动计划”、英国的“阿维尔计划”和日本的“半导体激光研究五年计划”等,国外以美、德、日为代表的发展国家半导体激光产业迅速发展,其在主要的大型制造产业,如汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中基本完成了用半导体激光加工工艺对传统工艺的更新换代,进入“光制造”时代。

目前,我国除了半导体激光音像设备已形成较大规模,其他半导体激光应用市场与国外相比尚存在较大的差距,我国半导体激光产业面临着较大的发展空间。

应用领域广泛

半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种。

半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。

图表1:半导体激光器细分应用领域

资料来源:前瞻产业研究院整理

技术进展较快

我国的半导体激光器技术早期与国外发展同步,但是长期受制于产业发展滞后的影响,一直徘徊在科学研究的范畴。直到新世纪,随着我国经济的快速发展和产业的进步,作为高新技术产业的半导体激光器行业也得到了巨大提升。随着市场经济的发展和成熟,我国建立了完备的专利制度,专利的状况现在已经能够在一定程度上反映技术的发展水平。

截至目前,我国半导体激光行业累计相关专利27890件,数量众多。整体来看,我国半导体激光专利公开数量呈波动上升的趋势。2016年,半导体激光专利公开数量达2692件;2017年,我国半导体激光相关专利公开数量为2545件。总体来看,2011年以来,公开专利数量处于走高的形式。

图表2:2011-2017年中国半导体激光行业专利公开数量情况(单位:件)

资料来源:前瞻产业研究院整理

截至目前,从半导体激光相关专利申请者来看,专利申请量排名靠前的申请者为中国科学院半导体研究所(1642件)、株式会社半导体能源研究所(802件)、松下电器产业株式会社(486件)、中国科学院上海光学精密机械研究所(445件)、夏普株式会社(411件),其它申请人申请数量均在400件以下。可见,中国的研究所和外国企业处于我国半导体激光器研究方面的领先位置。

图表3:截至2018年2月中国半导体激光行业相关专利申请人TOP 10(单位:件)

资料来源:前瞻产业研究院整理

从专利申请类型来看,电气元件领域专利申请数量最多,为15802件,是我国半导体激光行业热门应用领域;其次是测量、测试领域,半导体激光相关专利

申请数量为4465件,其余类别半导体激光相关专利申请数量均少于4000件。

图表4:截至2018年2月中国半导体激光行业相关专利申请类型TOP 10(单位:件)

资料来源:前瞻产业研究院整理

发展前景广阔

近十几年以来,经中国政府、技术专家和企业及广大从业人员的共同努力,中国半导体激光产业已取得了超乎寻常的发展,并且初现中国半导体激光产业的雏形,在国内部分激光产品市场上,中国半导体激光产业又重新占有主导地位。随着国内经济状况的不断改善,我国激光产业获得了飞速的发展。半导体激光产业发展50多年来,已初具规模,主要涉及工业、医疗、军事和文化等方面。近年来,国内更是加大了激光产业发展,各个地区在政府的领导和激光企业配合下潜心科研、提升技术、开拓市场,并建设激光产业园。前瞻产业研究院预计,到2023年,我国半导体激光产业市场规模将接近300亿元。

图表5:2018-2023年中国半导体激光产业市场规模预测(单位:亿元)

资料来源:前瞻产业研究院整理

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院《2018-2023年中国半导体激光产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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但据我们观察,中国半导体要崛起首先面临的第一个障碍就是目前中国大部分项目都是和已存在的公司合作,追逐市场的领先者和落后者,考虑到他们的目标、技术需求和国外政府对其的限制等现状。许多的中国公司已经释放出了一种信号一一那就是想投资更多的跨国半导体公司。最近的频频示好,也让中国半导体斩获不少。 在2016年1月,贵州政府出钱和高通成立了一家专注于高端服务器芯片生产的公司华芯通,合资公司中贵州政府所占的比例为55% ;另外,清华紫光集 团也给台湾的Powertech (力成)投资了6亿美金,成为后者的第一大股东。 力成成立于1997年,是全球第五大封测服务厂,美国存储生产商金士顿为其重要股东,原持股比例约3.83%,并拥有四席董事席位,台湾东芝半导体也拥有一席,在增资后股份以及董事席次估计都会有所更动。力成在营运业务上主要 专注在存储IC封测。这次投资体现了紫光和中国大陆对存储产业的决心。 早前,紫光还想买下西部数据和美光,但受限于美国监管局,这两笔交易最后只能夭折。虽然困难重重,但展望不久的将来,中国半导体业势必会发起更多并购,让我们拭目以待。 对于国际上的半导体玩家而言,中国半导体的雄心壮志有时候会让他们望而生畏。 考虑到中国庞大的市场、雄厚的资本和追求经济增长的长久目标,这就要求这些跨国公司在中国需要制定更清晰的策略。当然,这并不是说全球半导体玩家在和中国打交道的时候缺乏影响力和议价能力。 其实参考中国以往进入新市场的表现,结果是喜忧参半的。他们的国有公司政府组织会根据竞争者的状况和市场现状采取不同的策略。考虑到中国半导体目 标和他们进入国际市场的困难重重,展望未来他们还是会持续保持和跨国公司的合作,并在此期间培育自己的企业和产业。 中国抢占市场的方式 在对中国半导体并购策略了解之前,我们先了解一下中国抢占市场的惯用方

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半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 (单、多量子阱)等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延(LP日、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛,而且由于它的体积小,结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管(LD)。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(KeyeS和奎斯特(Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层,如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器(SHLD,它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光

器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs(砷化稼一稼铝砷)激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器(连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器)在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外,还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD

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全球和中国半导体产业发展历史和大事记 1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。 1956年,我国提出“向科学进军”,根据国外发展电子器件的进程,提出了中国也要研究半导体科学,把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。中国科学院应用物理所首先举办了半导体器件短期培训班。请回国的半导体专家黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造技术和半导体线路。在五所大学――北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学开办了半导体物理专业,共同培养第一批半导体人才。培养出了第一批著名的教授:北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德、吉林大学的高鼎三。1957年毕业的第一批研究生中有中国科学院院士王阳元(北京大学微电子所所长)、工程院院士许居衍(华晶集团中央研究院院长)和电子工业部总工程师俞忠钰(北方华虹设计公司董事长)。 1957年,北京电子管厂通过还原氧化锗,拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发锗晶体管。当年,中国相继研制出锗点接触二极管和三极管(即晶体管)。 1958年,美国德州仪器公司和仙童公司各自研制发明了半导体集成电路(IC)之后,发展极为迅猛,从SSI(小规模集成电路)起步,经过MSI(中规模集成电路),发展到LSI(大规模集成电路),然后发展到现在的VLSI(超大规模集成电路)及最近的ULSI(特大规模集成电路),甚至发展到将来的GSI (甚大规模集成电路),届时单片集成电路集成度将超过10亿个元件。 1959年,天津拉制出硅(Si)单晶。 1960年,中科院在北京建立半导体研究所,同年在河北建立工业性专业化研究所――第十三所(河北半导体研究所)。 1962年,天津拉制出砷化镓单晶(GaAs),为研究制备其他化合物半导体打下了基础。 1962年,我国研究制成硅外延工艺,并开始研究采用照相制版,光刻工艺。 1963年,河北省半导体研究所制成硅平面型晶体管。 1964年,河北省半导体研究所研制出硅外延平面型晶体管。 1965年12月,河北半导体研究所召开鉴定会,鉴定了第一批半导体管,并在国内首先鉴定了DTL型(二极管――晶体管逻辑)数字逻辑电路。1966年底,在工厂范围内上海元件五厂鉴定了TTL电路产品。这些小规模双极型数字集成电路主要以与非门为主,还有与非驱动器、与门、或非门、或门、以及与或非电路等。标志着中国已经制成了自己的小规模集成电路。 1968年,组建国营东光电工厂(878厂)、上海无线电十九厂,至1970年建成投产,形成中国IC产业中的“两霸”。 1968年,上海无线电十四厂首家制成PMOS(P型金属-氧化物半导体)电路(MOSIC)。拉开了我国发展MOS电路的序幕,并在七十年代初,永川半导体研究所(现电子第24所)、上无十四厂和北京878厂相继研制成功NMOS电路。之后,又研制成CMOS电路。 七十年代初,IC价高利厚,需求巨大,引起了全国建设IC生产企业的热潮,共有四十多家集成电路工厂建成,四机部所属厂有749厂(永红器材厂)、871(天光集成电路厂)、878(东光电工厂)、4433厂(风光电工厂)和4435厂

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中国激光技术发展回顾与展望 名称研制成功时间研制人 He-Ne激光器1963年7月邓锡铭等 掺钕玻璃激光器1963年6月干福熹等 GaAs同质结半导体激光器1963年12月王守武等 脉冲Ar+激光器1964年10月万重怡等 CO2分子激光器1965年9月王润文等 CH3I化学激光器1966年3月邓锡铭等 YAG激光器1966年7月屈乾华等 可以说,在起步阶段我国的激光技术发展迅速,无论是数量还是质量,都和当时国际水平接近,一项创新性技术能够如此迅速赶上世界先进行列,在我国近代科技发展史上并不多见。这些成绩的取得,尤其是能够把物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件,主要得力于光机所多年来在技术光学、精密机械和电子技术方面积累的综合能力和坚实基础。一项新技术的开发,没有足够的技术支撑是很难形成气候的。 激光科技事业从一开始就得到了领导和科学管理部门的高度重视。当时中国科学院副院长张劲夫提出建立专业激光研究所的设想,很快得到国家科委、国家计委的批准。主管科技的聂荣臻副总理还特别批示:研究所要建在上海,上海有较好的工业基础,有利于发展这一新技术。1964年,我国第一所,也是当时世界上第一所激光技术的专业研究所——中国科学院上海光学精密机械研究所(简称“上海光机所”)成立。当年12月在上海召开全国激光会议,张劲夫、严济慈出席并主持会议,140位代表提交了103篇学术报告。 1964年启动的“6403”高能钕玻璃激光系统、1965年开始研究的高功率激光系统和核聚变研究,以及1966年制定的研制15种军用激光整机等重点项目,由于技术上的综合性和高难度,有力地牵引和带动了激光技术各方面在中国的发展。我国的激光科技事业,虽然也遭遇了“文革”十年浩劫,但借助于重点项目的支撑,仍艰难地生存了下来并取得可贵的进展。 1、“6403”高能钕玻璃激光系统 1964年启动,最后从技术上判定热效应是根本性技术障碍,于1976年下马。这一项目对发展高能激光技术有历史贡献是不可忽视的,它使我国激光技术的水平上了一个台阶。其成果主要表现在:(1)建成了具有工程规模的大口径(120毫米)振荡—放大型激光系统,最大输出能量达32万焦耳;改善光束质量后达3万焦耳。(2)实现了系统技术集成,成功地进行了打靶实验,室内10米处击穿80毫米铝靶,室外2公里距离击穿0.2毫米铝耙,并系统地研究了强激光辐射的生物效应和材料破坏机理。(3)第一次揭示了强光对激光系统本身的光损伤现象和机制。(4 )第一次深入和理解激光光束质量的重要性和物理内涵,采用了一系列提高光束质量的创新性技术,如万焦耳级非稳腔激光器、片状激光器、振荡—扫瞄放大式激光系统、尖劈法光束质量诊断等。(5)激光元器件和支撑技术有了突破性提高,如低吸收高均匀性钕玻璃熔炼工艺、高能脉冲氙气、高强度介质膜、大口径(1.2米)光学精密加工等。(6)培养和造就了一批技术骨干队伍。 2、高功率激光系统和核聚变研究 1964年王淦昌独立提出激光聚变倡议,1965年立项开始研究。经几年努力,建成了输出功率10(上标10)瓦的纳秒级激光装置,并于1973年5月首次在低温固氘靶、常温氘化锂靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我国第一台多程片状放大器,把激光输出功率提高了10倍,中子产额增加了一个量级。在国际上向心压缩原理解密后,积极跟踪并于1976年研制成六束激光系统,对充气玻壳靶照射,获得了近百倍的体压缩。这一系列的重大突破,使我国的激光聚变研究进入世界先进行列,也为以后长期的持续发展奠定了基础 3、军用激光研究 1966年12月,国防科委主持召开了军用激光规划会,48个单位130余人参加,会议制定了包括含15种激光整机、9种支撑配套技术的发展规划。虽未正式批准生效,但仍起了有益的推动作用。此后的几年内,这一领域涌现了一批重要成果。例如:(1)靶场激光距技术初试成功:采用重复频率为20赫兹的YAG调Q激光器,测距精度优于2米,最远测量距离达660公里,加在经纬仪上,可实现对飞行目标的单站定轨。这一成果为以后完成洲际导弹再入段轨迹测量创造了必要条件。(2)红宝石激光人造卫星测

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五、半导体篇 ——我国半导体产业的现状和发展前景 电子信息产业已成为当今全球规模最大、发展最迅猛的产业,微电子技术是其中的核心技术之一(另一个是软件技术)。现代电子信息技术,尤其是计算机和通讯技术发展的驱动力,来自于半导体元器件的技术突破,每一代更高性能的集成电路的问世,都会驱动各个信息技术向前跃进,其战略地位与近代工业化时代钢铁工业的地位不相上下。 当前,世界半导体产业仍由美国占据绝对优势地位,日本欧洲紧随其后,韩国和我国台湾地区也在迅速发展。台湾地区半导体工业已成为世界最大的集成电路代工中心,逐步形成自己的产业体系。 我国的微电子科技和产业起步在50年代,仅比美国晚几年。计划经济时期,由于体制的缺陷和其间10年“文革”,拉大了和国际水平的差距。进入80年代,我国面对国内外微电子技术的巨大反差和国外对我技术封锁,我们没有能够在体制和政策上及时拿出有效应对措施。国有企业无法适应电子技术的快节奏进步,国家协调组织能力下降,科研体制改革缓慢,以致1980~1990年代我国自主发展半导体产业的努力未获显著效果。 “市场‘开放’后,集成电路商品从合法、不合法渠道源源涌入,集成电路所服务的终端产品,以整机或部件散装的形式,也大量流入,但人家确实考虑到微电子的战略核心性质,死死卡住生产集成电路的先进设备,不让进口,在迫使我们落后一截,缺乏竞争力的同时,又时刻瞄准我们科研与生产升级的潜力,把我们的每一次进步扼杀在萌芽状态,冲垮科技能力,从外部加剧我们生产与科研的脱节,迫使我们不得不深深依赖他们。……我们的产业环境又多多少少带有计划色彩,不能很快与国际接轨,其中特别是对微电子产业发展有重大影响的企业制度、资本市场、税收政策、科研体制等,又不适应市场经济要求,使得我们在国际竞争中缺乏活力”。1 20世纪90年代,我国半导体产业的增长速度达到30%以上,但其规模仅占世界半导体子产业的1%,仅能满足大陆半导体市场的不足10%。即使“十五”期间各地计划的项目都能如期实施,到2005年,我国半导体产业在世界上的份额,顶多占到2%~3%。自己的设计和制造水平和国际先进水平的差距很大,企业规模小、重复分散、缺乏竞争力,基本上是跨国公司全球竞争战略的附庸,自己的产业体系还没有成形。 我国半导体产业如此落后的现状,使得我国的经济、科技、国防现代化的基础“建筑在沙滩上”。在世界微电子技术迅猛发展的情况下,我国如不努力追赶,就会在国际竞争中越来越被动,对我国未来信息产业的升级和市场份额的分配,乃至对整个经济发展,都可能造成十分不利的影响。形势逼迫我国必须加快这一产业的发展。“十五”计划中,加快半导体产业的发展被放在重要地位,这是具有重大意义的。 发展中国家要追赶国际高科技产业的步伐,一般都会面临技术、资金、管理、市场的障碍。高科技的产业化是一个大规模的系统工程,需要科研和产业的紧密结合,以及各部门的有效协调,而这些都不是单个企业所能跨越得过去的。在市场机制尚未成熟到有效调动资源的情况下,高层次的组织协调和扶持是必需的。构建具有较高透明度的政策环境和市场环境。有助于鼓励高科技民营企业进入电路设计业领域,鼓励生产企业走规模化和面向国内市场自主开发的路子,形成产业群体。 1许居衍院士,2000年。

一文看懂中国激光行业竞争格局

一文看懂中国激光行业竞争格局 欢迎下载OFweek APP查看更多新闻说到激光,很多人对此的认识可能还停留在《星球大战》的激光能量武器上。好在,近年来很多激光舞之类的表演,增加了人们对激光的认知,原来激光不只是存在于电影中的,还可以应用到现实表演之中。如果你对美容有所了解,应该会知道那些在韩国飞航班上头部被包扎的像个粽子似的美女们,其实就是到美容医院被韩国美容师欧巴割了几刀。只是这刀不是“金丝大环刀”,而是激光刀。当然,激光刀不只是可以用于美容,目前在医疗领域的应用已经非常广泛:为我们所熟知的用以做放射治疗的伽马刀其实就是一种激光,切近视眼的医疗技术也是用激光。一家大型三甲医院应用激光技术的科室,最少也不会少于10个。医疗激光也只是激光应用的一部分,在民用领域:能量激光、信息激光、激光防伪、敏感元器件、物联科技;机械、汽车、航空、钢铁、造船、电子、通讯等大型制造产业中,激光都被广泛应用,“光加工”工业革命已是全球趋势;在军事方面:高功率、高光束质量光纤激光器,已成欧美军事大国定向新概念武器首选光源之一,“光对抗”很有可能推动全球军事变革。激光已经以“无所不能”之势,走进各行各业。7年前,美国GDP的50%都与激光相关产业有关。中国市场规模增长迅速,2017年有望突破450亿中国

激光产业市场起步较晚,但随着中国装备制造业的迅猛发展,近年来的中国激光产业发展迅速。尤其是2010 年以来,因为技术的逐步成熟,产业链下游的应用市场不断拓展,中国激光产业也逐渐驶入高速发展期,市场规模日趋增长。根据相关报告,2012-2016年,全球激光器行业收入规模从87亿美元增加至2016年的104亿美元,年复合增长率为4.47%。事实上,至2015 年,中国已经取代欧洲,首次成为激光器最大的消费市场,市场规模增长至28亿美元左右,约占全球市场规模的29%。由于中国的企业数量多,人口基数大,只要激光技术能应用到某几个行业,就能带来B端企业的大量应用,从而实现市场规模的快速增长。中国是世界制造工厂,制造业市场活跃,因此也是工业激光设备的主要市场。而在宏观经济发展、制造业产业升级、国家政策支持等因素的影响下,我国激光行业市场增长迅速。2016年,在工业、信息、商业、医用和科研领域的激光设备(含进口)市场销售总收入高达385 亿元,较2015年增长了12个百分点。预计2017 年,中国激光设备市场销售总收入有望突破455 亿元。中国工业激光产业,已成受高度关注的产业之一。2010-2017 年中国激光设备的销售情况国际巨头看好中国未来市场,大型激光企业纷纷入局欧美以及日本的激光企业在技术上相对 成熟,并逐步在助力各自国家的制造业升级之后,早在几年前也将目光瞄准了正在发展的中国市场。因为国市场因为以

大功率半导体激光器的发展介绍

大功率半导体激光器的发展介绍 激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备中激光器起着举足轻重的地位,在激光器的发展历程中,半导体激光器的发展尤为重要,材料加工用激光器主要要满足高功率和高光束质量,所以为了提高大功率半导体激光器的输出功率,可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条,将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵,激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加,其光束质量将会下降。

另外,半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致:快轴的光束质量接近衍射极限,而慢轴的光束质量却比较差,这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工,激光器必须同时满足高功率和高光束质

量。因此,现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向,以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。 大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。 (1)半导体激光芯片外延生长技术 大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来,美、德等国家在此方面投入巨大,并取得了重大进展,处于世界领先地位。首先,应变量子阱结构的采用,提高了大功率半导体激光器的光电性能,降低了器件的阈值电流密度,并扩展了GaAs基材料系的发射波长覆盖范围。其次,采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度,从而提高了器件的输出功率,并增加了器件的使用寿命。再者,采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸,减小了输出光功率密度,从而增加了输出功率,并延长了器件寿命。目前,商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%,实验室中的电光转换效率已超过70%,预计在不久的将来,半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。 (2)半导体激光芯片的封装和光学准直 激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节,由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小,其工作时产生的热量密度很高,这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前,国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装,根据封装结构的不同,又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。

半导体激光器的发展与应用

题目:半导体激光器的发展与应用学院:理 专业:光 姓名:刘

半导体激光器的发展与应用 摘要:激光技术自1960年面世以来便得到了飞速发展,作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷,这其中发展最为迅速,应用作为广泛的便是半导体激光器。半导体激光器的独特性能及优点,使其获得了广泛应用。本文就简要回顾半导体激光器的发展历程,着重介绍半导体激光器在日常生活与军用等各个领域中的应用。 关键词:激光技术、半导体激光器、军事应用、医学应用

引言 激光技术最早于1960年面世,是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是:当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态,当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量;而接着,这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的“连锁反应”,并且都朝同一个方前进,形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性,所以拥有广泛的应用。 激光技术的核心是激光器,世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器,激光器的种类很多,可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同,产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明,使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)报告了砷化镓材料的光发射现象,通用电气研究实验室工程师哈尔(Hall)与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器,由于物质结构上的差异,产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。自1962年世界上第一只半导体激光器是问世以来,经过几十年来的研究,半导体激光器得到了惊人的发展,它的波长从红外、红光到蓝绿光,被盖范围逐渐扩大,各项性能参数也有了很大的提高!半导体激光器具有体积小、效率高等优点,因此可广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。

【完整版】2020-2025年中国激光器行业市场发展战略研究报告

(二零一二年十二月) 2020-2025年中国激光器行业市场发展战略研究报告 可落地执行的实战解决方案 让每个人都能成为 战略专家 管理专家 行业专家 ……

报告目录 第一章企业市场发展战略研究概述 (6) 第一节研究报告简介 (6) 第二节研究原则与方法 (6) 一、研究原则 (6) 二、研究方法 (7) 第三节企业市场发展战略的作用、特征及与企业的关系 (9) 一、企业市场发展战略的作用 (9) 二、市场发展战略的特征 (10) 三、市场发展战略与企业战略的关系 (11) 第四节研究企业市场发展战略的重要性及意义 (12) 一、重要性 (12) 二、研究意义 (12) 第二章市场调研:2018-2019年中国激光器行业市场深度调研 (13) 第一节激光器概述 (13) 一、激光行业概览 (13) (1)激光与激光技术 (13) (2)激光应用领域 (13) (3)激光器及激光装备产业链示意图 (13) 二、激光器的基本情况 (14) (1)激光器的原理与结构 (14) (2)激光器的分类 (14) 第二节我国激光器行业监管体制与发展特征 (15) 一、所属行业的依据及理由 (15) 二、与国家战略的匹配程度 (16) 三、行业主管部门及监管体制 (16) 四、行业主要法律法规政策及影响 (17) 第三节2018-2019年中国激光器行业发展情况分析 (20) 一、激光器行业市场情况 (20) 二、激光/光学装备的基本情况 (21) 三、激光器行业近三年发展情况 (22) (1)我国激光器行业发展迅速、竞争优势明显 (23) (2)高端定制化激光/光学装备国产化率较低 (23) 第四节2018-2019年我国激光器行业竞争格局分析 (24) 一、行业竞争格局 (24) 二、行业内主要企业 (24) 第五节企业案例分析:杰普特 (26) 一、公司的市场地位 (26) 二、公司技术水平及特点 (26) 三、公司竞争优势与劣势 (27) 四、公司面对的机遇与挑战 (30) 五、公司行业定位 (30)

半导体激光器的研究进展

半导体激光器的研究进展 摘要:本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述,因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值,近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心,涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术,所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展,作为一个世界前沿的研究方向,伴随着国际科技进步突飞猛进的发展,也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视,不仅在基础科学领域不断研究深化,科学技术水平不断提升,而且在应用领域上不断拓展和创新,应用技术和装备层出不穷,应用水平同样取得较大幅度的提升,在世界各国的国民经济发展中,特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述,同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值,本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年,美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高,需要5 × 104~1 ×105 A /cm2,因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始,半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年,美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间,构成异质结构,以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺,如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展,1967年,IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间,美国贝尔实验室的Panish,Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器,室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2,比同质结激光器降低了一个数量级。

半导体激光器的发展及其应用

浅谈半导体激光器及其应用 摘要:近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点,使得它目前在各个领域中应用非常广泛,受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词:半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3~34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750~890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔

半导体激光器的最新进展及应用现状

半导体激光器的最新进展及应用现状 发表时间:2018-11-11T11:02:03.827Z 来源:《电力设备》2018年第18期作者:黄志焕[导读] 摘要:随着半导体技术的发展,半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展,其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面,半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。 (天津环鑫科技发展有限公司 300384) 摘要:随着半导体技术的发展,半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展,其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面,半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。由于半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、调制速度快、波长范围宽和易于集成等优点,在光互连、光通信、光存储等方面具有广泛的应用。 关键词:半导体激光器;最新进展;应用现状 1半导体激光器研究的意义半导体激光器的研究是我国光电技术研究的重要内容,是国家重点提出并且一直在努力寻求新的突破的领域。就当前半导体激光器研究的意义来看,对国家的发展具有重要的现实意义。与此同时,半导体激光器在各行各业的应用都十分广泛,并且呈现出以每年20%以上的增长速度,比如,军师领域的激光雷达、制导以及医疗、通讯、光盘等都开始应用半导体激光器。其涉及领域之广,扩展速度之快,应用价值之强,是被广泛认可的。近年来,随着信息科技的不断发展,人们对半导体激光器的性能要求越来越高,传统的半导体激光器在具体的实践应用当中已经表现出明显的不足之处。因此进行半导体激光器的研究,不短提升半导体激光器的现代化水平,具有重要的现实意义。 2半导体行业半导体器件是电子电路中必不可少的组成成分。半导体是人们为了生产生活需要,将两物质按照电学性质进行分类时确定的一个名称。它的导电性介于导体和绝缘体之间。半导体导电性能全是由其原子结构决定的。以元素半导体硅和锗为例,其原子序列分别是14和32,它们两个最外层电子数都是4。半导体具有自由电子和空穴两种载流子。而半导体的性质不同于导体和绝缘体,就是因为半导体拥有的载流子数目不同而载流子是能够运动的荷电粒子。电子和空穴都是载流子,它们相互运动即可产生电流。硅和锗是最为典型的元素半导体。 根据构成物质元素的不同,半导体可分为元素半导体和化合物导体,元素半导体由一种元素构成,化合物半导体由多种元素构成。而根据掺杂类型的不同,半导体可分为本征半导体、N型半导体和P型半导体;如果按照原子结构的排列规则不同,又可分为单晶半导体、多晶半导体和非晶态半导体。半导体行业具有技术密集、资金密集,高风险高回报和知识密集等特点。进入2010年以来,国家大力支持半导体行业的发展,2011年11月,国家税务总局和财政部联合发布了《关于退还集成电路企业采购设备增值税期末留纸税额》;2012年4月政府部门又发布了《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知》;而于2014年,工信部又发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》。近几年,我国半导体行业发展速度超快,半导体产业逐渐呈现向大陆地区转移的新趋势,为我国各行业的发展带来设备国产化的发展机遇。而且政府政策大力支持半岛体行业的发展,大基金入场将会加速产业转型升级,成熟化发展。半导体具有掺杂特性、热敏性和光敏性三大特点。 3激光器顾名思义,激光器是一种能发射激光的装置。1954年,人们制成了第一台微波量子放大器;1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器的原理推广到光频范围;1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器;1961年A.贾文等人制成了第一台氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人制成了第一台半导体激光器;之后,激光器的种类就越来越多。一般而言,按工作介质分类,激光器可分为固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器4大类。激光器的组成一般由3个重要部分构成,即工作物质、激励抽运系统、谐振腔。其中激光工作物质是一种激光增益的媒介,其原子或分子的能级差决定了激光的波长与频率。激光抽运系统是指为使激光器持续工作给予能量的源头,它实现并维持了工作物质的粒子数反转。光学谐振腔是激光生成的容器,有多种多样的设计方式是激光器设计的核心。 4激光器系统功能 4.1逻辑控制 系统通过操作面板实现逻辑控制,主要控制功能有3个。(1)内时钟工作:通过RS-422通信接口,向电源控制单元发射出光指令,工作频率可1-20Hz切换,同时通过LED反馈激光器工作状态。(2)外时钟工作:利用外部开关切换至外时钟,利用DSP外部中断接口检测外时钟。(3)自检功能:通过按压自检开关,触发激光器发射激光。 4.2高精度时序控制 激光器输出能量的大小和稳定性与激光电源的高精度时序是密不可分的,必须确保电源控制系统输出时钟的精度及稳定性。为实现μs级高精度控制逻辑,采用DSP控制芯片内置的PLL模块完成高精度时序控制,锁相环独有的负反馈和倍频技术可以提供高精度、稳定的频率,DSP 输入时钟30MHz,倍频到150MHz,时钟周期可达6.67ns。通过精确的技术方法,按照设计的延时产生所需的各路时钟,可以满足高精度的时序配置要求。 4.3恒流源驱动控制 激光器电源控制系统接收到激光发射的信号后,DSP输出12位数字信号,通过DAC1230芯片,将数字信号转换成相应的模拟参考电压信号。恒流源电路中的采样电阻R将通过泵浦模块的电流转换成相应的电压,经过F放大电路后,与参考电压进行比较,产生功率驱动信号,此信号控制功率管的开关。同时可通过DSP改变参考电压的大小,实现恒流源电流的调节。激光电源控制系统还可通RS-422通信接口,远程设置恒流源的电流和脉宽。 4.4温度控制系统 温度是影响激光器泵浦模块输出波长和泵浦效率的重要因素,故对泵浦模块进行控温是必不可少的。半导体激光器一般采用半导体热电致冷器进行控温,该制冷器具有无机械运动、无噪声、无污染、体积小、可靠性高、寿命长、制冷迅速、冷量调节范围宽及冷热转换快等特点。测温元件采用电流输出型温度传感器AD590,特点是工作直流电压较宽,一般为4-30V,输出电流为223μA(-50℃)-423μA(+150℃),灵敏度为1μA/℃。

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