科创中国

行业领域

电子信息技术

需求背景

超快激光器和高功率紫外激光器在新兴的泛半导体、新能源、电路板等行业有着广泛的用途，但当前国产超快激光器和高功率紫外激光器在产品指标及稳定性方面和国外比仍存在较大差距，成本过高也制约了其行业应用。

需解决的主要技术难题

超快激光因为其独特的光与物质的相互作用机理，在金属、半导体、硬脆材料、聚合物和太阳能电池片等的微米尺度加工方面有独特的优势。超快激光因其峰值功率达到GW级，因而非线性效应及色散非常显著。而为了提高加工效率、降低成本，数百瓦至千瓦级大功率超快激光器也成为拓展行业应用必须突破的方向。为解决这两大难题，目前有三个主流放大方案，分别为光纤方案（棒状PCF或锥形光纤）、固体放大（固体增益介质或板条）以及碟片放大。而其中在千瓦级功率水平，碟片放大具备高重复频率、大脉冲能量及高平均功率等优点，目前该项技术可实现产业化的为国外通快激光独家掌握。通过解决碟片晶体制造及其空间耦合技术的国产化，可以极大的扩展该层级国产激光器的制造水平及应用范围。千瓦级的高功率大能量紫外激光器在多晶硅退火、micro-led巨量转移方面有非常广阔的应用前景，可大大促进我国在多晶硅及macro-LED等方面的精密制造领域的发展。目前该领域激光器技术主要由美国想干公司掌握，国内暂无相关技术突破。通过解决大功率紫外激光器大尺寸倍频晶体技术、高精度镀膜技术、大孔径Q开关技术，可以在未来的显示领域实现关键光源国产化，避免被卡脖子。

期望实现的主要技术目标

当前国内高功率皮秒采用板条方式可实现500W的输出功率，波长为1064nm，重频3-5MHz，单脉冲能量100uJ，功率稳定性在***%(RMS@12h)。攻关后希望该可以在1000nm-1100nm红外波段，实现最高平均功率达到1000W，单脉冲能量达到500uJ，功率稳定性在***%(RMS@12h)。当前国内紫外激光器功率最大达到50W，波长为355nm。攻关后希望该可以在355nm工作波长上，实现最高单脉冲能量达到2000mJ，最高平均功率达到1200W，功率稳定性在***%(RMS@12h)。同时解决相关专利问题，实现关键物料的全国产化，当前相近指标国外进口约在100万美元，期望国产化降本短期达到50%以上。在应用方面由企业统筹实现国产化设备的实际应用示范至少一项。

需求解析

解析单位：“科创中国”北京科技服务团（北京市科学技术协会） 解析时间：2023-08-24

方忠

中国科学院物理研究所

所长

综合评价

激光技术在工业制造中的优势非常明显.首先,由于激光在加工过程中具有非接触性,因此可以避免丝印、沉积物、杂质或特殊材料损伤等问题.其次,激光具有高能量密度和精準度,可在微小区域内完成加工.同时,激光技术也可以实现高速快捷、节能环保等特点。

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