中科院长光所团队：为激光器而生 执同行之牛耳

诺贝尔奖获得者、俄罗斯科学院院士阿尔费罗夫(中)来到实验室进行交流访问。

高功率、高光束质量的半导体激光束合成技术及应用团队。

前科技部副部长曹建林(右二)参观实验室，观看垂直腔面发射激光器阵列的测试结果。这些照片都是长春光学提供的

本报记者沈春雷通讯员周

产生激光的光源有很多，包括气体激光器、固态激光器、光纤激光器、半导体激光器等。其中半导体激光器是目前转换效率最高的光源。中国科学院长春光学精密机械物理研究所(以下简称长春光学研究所)是中国第一个研制半导体激光器和固体激光器的单位。

目前，长春光学研究所已在全国21个省市的近100家企业和科研机构中应用了高功率、高光束质量的半导体激光光束合成技术。为全面提高激光技术水平、提高产品质量、增强国际竞争力做出了巨大贡献，为中国工业技术升级改造、节能减排发挥了重要作用。

关键瓶颈技术

激光是先进制造技术发展的前沿，也是最具活力的经济增长点之一。它广泛应用于航空、航天、核能、交通、信息、医疗等许多民用和军用领域。激光加工技术的水平直接代表了一个国家工业的基本水平。

在许多产生激光光源的激光器中，半导体激光器的转换效率超过50%。对此，长春光机所研究员、高功率、高光束质量半导体激光束合成技术与应用团队成员宁永强解释说，一千瓦的电能通过半导体激光器可以产生500瓦的激光，转换效率比光纤激光器高50%，比固态激光器高1倍，比二氧化碳气体激光器高4倍。

宁永强在接受《中国科学日报》采访时表示:“半导体激光器能有效降低能耗，实现节能减排，这对我国从高能耗社会向节约型社会的转变具有重要意义。”。

激光加工需要将数万瓦的激光聚焦到一个非常小的点，以在焦点处获得高功率密度。此时，光束输入的热量远远超过材料反射、传导或扩散的部分，材料被快速加热到熔化或汽化的程度，从而实现焊接或切割。

同时，宁永强指出:“半导体激光器的单位功率很小，最大只有10瓦，发散度很大，很难直接聚焦，这制约了其在激光加工、高能激光泵浦以及作为激光武器等领域的直接光源的应用。它已成为世界上一个重大的技术瓶颈问题，并已被世界主要发达国家列入国家发展计划。”

因此，该团队共同努力解决半导体激光束组合技术的问题，这是实现高功率和高光束质量半导体激光器输出的最有效技术。激光束合成是一个提高光束质量和增加输出功率的过程。宁永强说:“这项技术将多个单元设备的输出光束耦合成一个光束，并通过光束整形提高整体光束质量和功率密度。通过光束组合，提高输出功率，形成高功率激光，最终实现千瓦以上光纤的耦合输出

寻求组合成果的转化

长春光学研究所在基础半导体激光研究和应用技术方面一直走在国内研究的前列。从2006年开始，王力军带领团队部署半导体激光光束合成技术的新研究方向，从芯片技术、封装技术、光束合成技术等方面提高半导体激光器的光束质量。

“我们的技术打破了国外对高功率、高光束质量半导体激光束合成技术的垄断，在该领域拥有核心自主知识产权。我们获得了2011年国家技术发明二等奖和2015年科技部创新人才促进计划重点领域创新团队的荣誉，”宁永强告诉《中国科学报》记者。

该团队不仅在芯片制备、阵列封装、光束整形和系统集成方面实现了国内为数不多的完整技术条件，而且在知识产权保护方面也做出了巨大努力:在过去的五年中，该团队共获得了27项授权发明专利，涵盖了高光束质量半导体激光器单元器件的设计和制备、光束合成方法和应用，形成了完整的半导体激光器研究链，并获得了多项国际领先的技术成果。

宁永强告诉记者:“依靠这些技术，长春光学研究所在激光加工领域开发了功率范围在200瓦至10千瓦的半导体激光加工光源。已形成激光焊接、激光切割、激光熔覆、激光3D打印四大系列产品，并率先在国内推广大功率半导体激光加工技术。”

利用国家鼓励科技成果转化的东风，该团队寻求结合科技成果转化。目前，长春光学研究所已在全国21个省市的近100家企业和科研机构中应用了高功率、高光束质量的半导体激光光束合成技术。为全面提高激光技术水平、提高产品质量、增强国际竞争力做出了巨大贡献，为中国工业技术升级改造、节能减排发挥了重要作用。

2016年初，吉林长光瑞思激光技术有限公司由吉林省科技厅和中国科学院长春光学机械工程研究所共同出资组建。该团队负责半导体激光技术成果的转化，先后开发了激光加工光源、激光医疗仪器等多种产品。宁永强表示:“该公司已经签署了近1000万元的合同订单，为社会提供了近30个就业岗位。”

建设三级人才梯队

经过多年积累，高功率、高光束质量的半导体激光合束技术和应用团队紧密合作，建立了老、中、青三级人才梯队。

王力军发挥了院士的学术领导和方向控制作用。他根据国家需求，依托研究领域的前瞻性和战略性发展，规划团队的关键发展方向，确定团队的创新发展。

宁永强作为团队骨干，努力营造开放、流动、竞争、择优的团队环境，调动团队积极性，以学术水平和成果为核心对成员进行绩效考核，建立稳定的技术职称团队，确保科研。

研究员李芹负责前沿创新，为团队工作提供理论支持，为团队技术发展奠定坚实基础。研究人员刘芸和丹晓楠发挥了他们在封装技术领域积累的丰富经验，不断提高激光器的散热能力，增加机组的输出功率，提高激光器的可靠性。

单晓楠于2004年进入长春光学机械研究所，一直从事半导体激光器的研究。“我们没有放弃对高功率半导体激光器的认可。第一个目标是获得高功率。后来，当我们实现千瓦级激光输出时，我们发现高光束质量是一个不可避免的趋势。我们将继续研究和改进，跟上国际发展趋势，并研究如何实现高功率和高光束质量。”他告诉《中国科学》的记者，“经过近一年的探索，已经确定了几个可行的实施方案，每个人都开始从不同的方面来拆分和克服这个困难。正是通过多年的不懈努力，我们取得了国内和国际领先地位，填补了国内空白。”

团队中的新兴青年力量负责具体工作，在技术领域和产业化方面进行交叉分工，相互支持，促进项目顺利进行。彭、、张军主要负责合梁技术的创新，将从最初的一缕曙光逐步完善为工程样机，从原理样机逐步完善为工程样机。然而，朱洪波和傅希红最终将实验室中的样机转化为面向市场的产品，完成了从实验室到市场的技术转化。

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017年3月20日)