高性能激光浮区法单晶炉

安徽蓝盾 “高性能傅立叶变换红外光谱分析仪器开发和应用” 国家重大科学仪器专项获批仪器信息网2013/12/25 14:30:45 点击 96 次日前，国家科技部正式下发《科技部关于2013年度国家重大科学仪器设备开发专项项目立项的通知》(国科发财636号)，由安徽蓝盾光电子股份有限公司作为项目牵头单位的“高性能傅立叶变换红外光谱分析仪器开发和应用”获得正式立项批复。该项目开发周期为4年，项目总投资5515万元，其中国家科学仪器设备开发专项经费资助2445万元。项目由安徽蓝盾光电子股份有限公司联合中国科学院合肥物质科学研究院、中国科技大学、北京化工大学、中国气象局气象探测中心、中国药科大学等十余家产学研合作单位共同承担。 项目拟开发高性能傅里叶变换红外光谱分析仪器，广泛应用于环境监测、气象探测、药品生产过程分析和药品筛查等领域分析。通过本项目的开展，将加快推进我国高端傅里叶红外光谱分析仪器关键技术的国产化进程，推动我国红外光谱分析仪器产业发展，尽快实现我国红外分析技术产业跨越式发展。项目牵头单位安徽蓝盾光电子股份有限公司是一家高新技术军工企业，公司在光学、电子及信息技术、精密机械制造等领域积累了四十余年的科研、生产经验，主要从事环境监测、气象探测、工业过程分析、食品与药品安全监测、智能交通等行业仪器和软件的开发、生产和销售，是国内环境监测、气象探测、智能交通行业拥有自主知识产权的龙头企业。该公司通过“产、学、研、用”紧密合作，在科研、产业和行业用户之间建立长期战略合作关系，优势互补，形成具有国际竞争力的高端红外光谱仪产业链，服务我国经济社会的健康发展。

众所周知，激光的应用领域在人们生活中可谓是无处不在，你知或不知，激光应用就在那里，用它那精湛的激光加工技术丰富着您的生活。 今天我们就来探讨一下这样一个具有历史代表性的产业链，是怎样逆袭曾经的风貌。 目前随着激光技术的发展，已广泛用于单晶硅、多 晶硅、非晶硅太阳能电池的划片以及硅、锗、砷化镓和其他半导体衬底材料的划片与切割。那么说到这里肯定很多人会问，激光加工技术是利用什么原理来完成划片和切割的这样一个步骤的呢？ 从科学的角度上来讲，激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为两大类： 一、激光加工系统； 二、激光加工工艺。 激光加工系统主要包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统这些配件。而激光加工工艺的范围就略广泛一些，主要应用在切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微雕等各种加工工艺。 从功能上来讲，激光加工工艺在激光焊接、激光切割、激光笔、激光治疗、激光打孔、激光快速成型、激光涂敷、激光成像上都有很成熟的一个应用。 另外激光在医学上的应用主要分为三类：激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。激光美容、激光去除面部黑痣、激光治疗近视、激光除皱、都是激光领域是医学行业内伟大的成就。 在军事方面，激光成就了战术激光武器、战略激光武器、激光动力推动器等，此外激光武器的关键技术已取得突破，2013年低能激光武器已经投入使用。 在通信方面，激光通过大气空间传输达到通信目的，激光大气通信的发送设备主要由激光器（光源）、光调制器、光学发射天线（透镜）等组成；接收设备主要由光学接收天线、光检测器等组成。 目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等 发展前景 由此可见激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工，激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。 激光划片机现状 激光划片机又称为陶瓷激光切割机或激光划线机，采用连续泵浦声光调Q的 Nd: YAG 激光器或绿激光作为工作光源，由计算机控制二维工作台，能按输入的图形做各种运动。输出功率大，划片精度高，速度快，可进行曲线及直线图形切割；无污染，噪音低，性能稳定可靠等优点。 目前，常见的硅晶体划片工艺分接触划片和非接角划片（激光划片工艺）两种： 接触划片工艺： 接触划片工艺主要有锯片切割等多种方法，是过去硅晶体、太阳能电池的切割方法，缺点是精度差，废品率高，速度慢。 非接触划片工艺： 非接触划片工艺主要是激光划片，由于是非接触方式，划线细，精度高，速度快，目前是太阳能电池等划片的主要方法。 江苏启澜激光科技有限公司开发研制的晶圆激光划片机具有国际先进水平，主要适用于表面玻璃钝化硅晶圆的划片机切割加工。激光加工技术已广泛应用于制造、表面处理和材料加工领域。晶圆紫外激光划片机，其无接触式加工对晶圆片不产生应力、具有较高的加工效率、极高的加工成品率，可有效的解决困扰晶圆切割划片的难题。同时，图像识别、高精度控制、自动化技术的发展，使得能实现图像自动识别、高精度自动对位、自动切割融为一体的晶圆切割划片机成为可能。国内激光晶圆切割划片系统的需求正以每年70％的速度增长，2010年的保有量将会达到500台左右，约合3亿元人民币。 国内激光晶圆切割划片系统的需求正以每年70％的速度增长，2010年的保有量将会达到500台左右，约合3亿元人民币。 调查显示，瑞士、美国和日本主要的激光晶圆切割机生产商每年在中国市场约销售近100台，国外设备售价在40～42万美元左右，为了提高我国激光精密加工装备的国产化水平，降低设备的采购及使用成本，提高行业的生产效率。晶圆紫外激光划片技术代表了当今世界晶圆切割加工技术前沿的发展方向，对国家未来新兴的晶圆制造产业的形成和发展具有引领作用，有利于晶圆制造技术的更新换代，实现跨越发展。

近期，中国科学院合肥物质院安光所孙敦陆研究员课题组在2.7~3微米波段中红外晶体制备及激光性能研究方面取得一系列新进展，相关研究成果分别以《Ho,Pr:YAP晶体的热学、光谱及~3微米连续激光性能》、《Er:YGGAG晶体的结构、光谱与激光性能》和《LD侧面泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG晶体实现28.02瓦的2.8微米连续激光》为题发表在光学领域国际知名期刊Optics Express上，第一作者分别为乔阳博士研究生、陈玙威博士研究生和张会丽副研究员。[align=center][img=,600,259]https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/80f41813-1ef4-49a7-9a8a-43345007fd08.jpg[/img][/align][align=center][img=,600,257]https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/b4d989c0-7726-4f29-9a76-67fa44ebd245.jpg[/img][/align][align=center][img=,600,257]https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/dcd0a1e9-5af5-4265-993a-750d02e274e0.jpg[/img][/align]2.7~3微米中红外激光处于水分子的强吸收带，在生物医疗、光学遥感及非线性光学等领域有着广泛的应用前景。稀土离子Ho[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]（钬离子）通过[font=等线][sup][size=13px]5[/size][/sup][/font]I[font=等线][sub][size=13px]6[/size][/sub][/font]至[font=等线][sup][size=13px]5[/size][/sup][/font]I[font=等线][sub][size=13px]7[/size][/sub][/font]的辐射跃迁，可产生3微米附近波段中红外激光。然而，Ho[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]的激光下能级[font=等线][sup][size=13px]5[/size][/sup][/font]I[font=等线][sub][size=13px]7[/size][/sub][/font]的荧光寿命较长，容易产生自终止效应，不利于实现激光上、下能级之间的粒子数反转。针对这一问题，我们提出提高激活离子Ho[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]的掺杂浓度，同时共掺适量能级耦合离子Pr[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]（镨离子），以降低Ho[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]激光下能级寿命，抑制自终止效应。采用熔体提拉法，成功生长出了4 at.% Ho[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]、0.1 at.% Pr[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]共掺YAP晶体，系统开展了晶体结构、晶体质量、热学、光谱及其激光性能的研究。由于退激活离子Pr[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]的掺入，其激光下能级寿命由5.391毫秒降至1.121毫秒，同时激光上能级寿命变化较小，表明共掺Pr[font=等线][sup][size=13px]3+[/size][/sup][/font]能够有效抑制自终止效应，有利于降低激光阈值、提高激光性能。采用1150纳米拉曼光纤激光器端面泵浦，在Ho,Pr:YAP晶体上实现了最大平均功率502毫瓦的~3微米连续激光输出，相应的斜效率为6.3%。与Ho:YAP晶体相比，其激光阈值降低，最大输出功率及效率均得到了提高。目前，LD泵浦Er:YSGG晶体的中红外脉冲激光已高达数十瓦，而连续激光输出功率仅有瓦级，采用连续LD侧面泵浦有望进一步提高连续激光输出功率。由于在激光运转过程中，激光增益介质内部会产生温度梯度，导致产生各种热效应，限制了激光输出功率和效率的提高。我们通过在Er:YSGG晶体棒的两端键合高热导率的未掺杂YSGG晶体作为端帽，以改善热效应。采用978纳米LD侧面泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体，实现了最大平均功率28.02瓦的~2.8微米连续激光输出，这是目前报道的在氧化物晶体中获得最高功率的~2.8微米连续激光输出，相应的斜效率和光-光转换效率分别为17.55%和12.29%。其最大功率和斜效率均高于相同泵浦条件下的未键合Er:YSGG晶体，表明键合可有效改善热效应，提高激光性能。实验测试并理论计算了LD侧面泵浦未键合Er:YSGG晶体和YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体在不同泵浦功率下的热焦距，结果表明，YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体更适于在高泵浦功率下工作。以上研究工作得到了国家自然科学基金、替代专项、安徽省自然科学基金和合肥物质院院长基金的支持。[来源：仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]