砷化镓基近红外大功率半导体激光器的成长及利

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所属分类:固体激光器
中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,中国科学院大学材料科学与光电技术学院 摘要:综述了世界各国近年来在大功率半导体激光器方面所取得的研究成果,重点介绍
砷化镓基近红外大功率半导体激光器的成长及利

砷化镓基近红外大功率半导体激光器的成长及利

  中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,中国科学院大学材料科学与光电技术学院

  摘要:综述了世界各国近年来在大功率半导体激光器方面所取得的研究成果,重点介绍了砷化镓基近红外大功率半导体激光器在输出功率、亮度、电光转换效率、光束质量、寿命与可靠性方面的研究进展。结合目前市场分析,详细阐述了半导体激光器的应用前景,展望了未来大功率半导体激光器的发展趋势。

  大功率半导体激光器具有体积小,质量小,结构简单,亮度高,寿命长等优点。以大功率半导体激光器为基础的工业和军事应用在全球范围内迅猛发展,现已广泛应用于工业生产、激光通信、激光医疗激光显示、自动控制以及军事国防等方面。

  由于大功率半导体激光器的众多优点,发达国家为了在经济全球化浪潮中占据垄断地位,纷纷加紧实施大功率半导体激光器技术研发计划,如美国的“超高效率激光光源”项目、德国的“德国光子学研究-未来之光”、英国的“高能光纤激光武器研制计划”等。在以美、德、日为代表的发达国家,半导体激光产业迅速发展,其主要应用在大型制造业中。目前,在汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中,已基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代进入“光制造”时代。

  随着理论研究的深入、材料生长技术的进步以及封装工艺的发展,大功率半导体激光器的输出功率、转换效率、寿命和可靠性等都有了很大的提高。本文重点介绍了砷化镓(GaAs)基近红外大功率半导体激光器在输出功率、亮度、电光转换效率、光束质量、寿命等方面所取得的最新研究进展及应用现状,并展望了未来大功率半导体激光器的发展趋势。

  目前,基于GaAs衬底的近红外波段(760~1060 nm)半导体激光器发展最为成熟,应用也最泛,早已实现商品化。

  典型边发射半导体激光器结构示意图如图1所示,从下至上依次为GaAs衬底、n限制层、n波导层、i有源层、p波导层、p限制层、脊波导。利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术生长半导体激光器外延片,再经过光刻、腐蚀、p面金属化、减薄、n面金属化、合金、镀膜、烧结、引线键合等一系列工艺过程制备激光器件,并进行相关测试。表征半导体激光器性能的参数有很多,如波长、输出功率、转换效率、阈值电流、亮度、光束质量、寿命等。以下将从几个方面阐述GaAs基近红外大功率半导体激光器的最新研究进展。

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  输出功率是半导体激光器最重要的性能参数之一,提高输出功率是半导体激光器发展的永恒课题。在一些应用领域,如激光切割、激光焊接等,需要半导体激光器具有较高的输出功率以满足实际应用的要求。目前,提高半导体激光器的输出功率主要有两种方法:一种是提高半导体激光器单管的输出功率;另一种是增加半导体激光器的发光点个数。

  提高半导体激光器单管输出功率的方法多种多样,目前广泛采用的方法主要有以下4种:采用宽条型结构、增加腔长、宽波导结构设计、腔面钝化。

  通过利用上述各种技术手段及对其进行组合,大功率半导体激光器单管输出功率水平不断提高。其中激射波长为900~1000 nm、发光孔径为100 μm的单管器件,以及室温下连续(CW)工作功率标称值为10~20 W的单管器件得到广泛使用,实验室中单管输出功率可达25~33 W。

  900~1000nm波段大功率半导体激光器功率研究进展如图2所示。从图2中可以看出,900~1000nm大功率半导体激光器,在连续工作条件下,输出功率在过去十多年间稳定增长。对比2007 - 2011年与2014 - 2018年的功率增长,发现近5年来功率增长速度更快,每年增幅大于15%。这与世界各国每年对半导体激光器的研究投资大幅提高密切相关,预示了半导体激光器在未来世界发展中的重要地位。

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  包括日本Fujikura公司、美国JDSU公司、德国Jenoptik公司等在内的多家公司,均推出了商用大功率半导体激光器,其中900~1000nm单管激光器连续输出功率超过15 W,800~900 nm激光器连续输出功率也已达到10 W左右,如表1所示。德国FBH(Ferdinand-Braun-Institut)研究所的通过微通道制冷方式,从4 mm腔长、96μm发光孔径的激光器中,获得了24.6W连续功率输出;美国JDSU公司通过理论和实验证明了限制半导体激光器输出功率的内在机制,采用开腔设计,解决了高功率输出时的纵向空间烧孔和双光子吸收效应问题,100 μm条宽、5.7 mm腔长的900~1000 nm半导体激光器最大连续输出功率达到29.5W;日本的Fujikura公司采用非对称的异质限制层设计,将有源区的限制因子降低到0.4%,4 mm腔长、220 μm条宽的900~1000 nm激光器,27 W功率输出时,电光转换效率大于60%,最大脉冲输出功率68 W;另据Pietrzak等报道,100 μm条宽808 nm激光器输出功率为15 W,当条宽为200 μm时,输出功率高达22 W。同时,如nLight、OSRAM、TRUMPE等公司的900~1000 nm激光器单管连续输出功率超过15 W,寿命长达数年。相较于900~1000 nm波段半导体激光器,800~900 nm波段功率稍低,美国nLight公司报道的800~900nm器件,双有源区的级联激光器最高连续输出功率为18.8 W,普通单有源区最高输出功率为17 W;Coherent公司商品化808 nm单管输出功率为9 W,寿命达5×104 h;德国Jenoptik公司808 nm波长的半导体激光器单管输出功率为8 W。

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  半导体激光器单管出光面发光面积小,当输出功率达到一定值时,易受到腔面灾难性光学镜面烧毁(COMD)效应的影响,因此其输出功率不能过大。为了得到更高的功率输出,可以采用阵列式结构,将多个半导体激光器单管平行排列组合起来。根据输出功率要求,将若干单管平行排列,构成半导体激光器巴条,半导体激光器巴条示意图如图3所示。在半导体激光器巴条设计时,一个重要的参数是填充因子,它描述了发光区长度占巴条长度的百分比,等于一个发光区的宽度与两相邻发光区中心之间的长度之比。腔长为1 mm时,填充因子由30%增加到50%,通过使用水冷方式,半导体激光器巴条的连续输出功率可由40 W提高到100 W。因此,在满足高效制冷的前提下,增加填充因子,可以提高半导体激光器巴条的输出功率。

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  近年来,为满足市场应用需求,GaAs基近红外大功率半导体激光器巴条在输出功率和电光转换效率方面都取得了巨大的进步,半导体激光器巴条输出功率及转换效率如表2所示。2014年,Pietrzak等通过优化外延结构,降低内部损耗(小于1 cm-1),制备出填充因子50%的1020 nm半导体激光器巴条,在25 ℃制冷条件下,连续功率输出达到200 W,电光转换效率大于63%;2015年,德国FBH研究所优化了1 cm GaAs基激光器巴条,4 mm腔长的940 nm半导体激光器,在203 K准连续条件(0.2 ms,10Hz)下,输出功率高达1.9 kW,电光转换效率为57%,高电流和低温测试均未发现损坏现象;2016年,Morales等报道了填充因子为28%、腔长为2 mm的激光器,室温下连续输出功率为80 W,使用寿命大于5×104h;2017年,Wang等采用非对称宽波导外延结构,降低内部损耗(0.5 cm-1),可实现填充因子为50%的808 nm激光器,室温下输出功率达100 W,电光转换效率达68%,为当时报道的最高水平。

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  为了满足市场应用需求,进一步提高半导体激光器的输出功率,可以将多个巴条按照一定形式堆叠起来形成二维面阵,输出功率可以提升至几十千瓦甚至几百千瓦。半导体激光器迭阵如图4所示,半导体激光器迭阵的排列方式有两种:水平迭阵(H-array)和垂直迭阵(V-array)。由于半导体激光器迭阵工作时会产生大量的废热,因此必须采用冷却手段,降低器件温度,防止因温度过高导致激光器失效和使用寿命的缩短。目前,主要有3种冷却方式:小巧简单的Peltie型开放式制冷;高效的水冷方式;Hamamatsu公司发明的Funryu制冷。具体采用哪种制冷方式应该根据器件的输出功率、工作环境和应用方式等确定。

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  2006年,美国Alfalight公司的Kanskar等3推出了高可靠性、窄带宽半导体激光器迭阵,该器件由5个bar条组成,输出波长为975 nm,25 ℃热沉条件下输出功率高达500 W,电光转换效率达70%。2007年,美国JSDU公司的Peters等报道了具有5个半导体激光器bar条的迭阵结构,输出功率达480 W,波长范围覆盖了910~980 nm,通过水冷方式将工作温度控制在室温,电光转换效率达73%。

  日本Hamamatsu公司一直致力于半导体激光器迭阵研究,结合激光束整形技术,推出了多款商用半导体激光器巴条模块,日本Hamamatsu公司的半导体激光器巴条模块参数如表3所示。L13713-25P940半导体激光器模块的峰值波长为940 nm峰值输出功率高达1×104 W,其性能已经能和相同输出功率下灯泵的固体激光器相比拟。

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  在某些应用领域,半导体激光器无法完全替代固体激光器和二氧化碳(CO2)激光器,主要原因在于其亮度与光束质量不能达到要求,因此在保持大功率输出的同时,需要尽可能地提高激光器的亮度与光束质量。目前,在实际应用中改善半导体激光器亮度与光束质量的方法主要有采用电极两侧非注入空气隙结构、在前后腔面引入相位结构、主振荡器-功率放大器结构,采用平板耦合波导、光子晶体的应用和激光合束技术。

  传统宽条型激光器在大电流注入时光亮度迅速降低,Piprek等认为出现这种现象的主要原因在于发光区过热导致热透镜效应。为解决此问题,封装时在电极区两侧的非注入区下方留出空气隙,使两侧非注入区散热较差而温度升高,以缓解热透镜效应,2 W输出时的慢轴线•mrad-1。而Winterfeldt等则认为光束质量恶化的主要原因在于侧向载流子分布不均,并通过在电极区两侧进行离子注入解决了这一问题,90 μm条宽器件7 W输出光参数乘积(PBPP)小于2 mm•mrad。Fraunhofer研究所的Eckstein等则通过等离子体刻蚀和钝化层沉积在前后腔面附近引入相位结构,对光束质量较差的慢轴光进行整形,将970 nm宽条器件8 W输出时的慢轴线•mrad-1,PBPP约为2.5 mm•mrad。FBH研究所提出窄条宽面(NBA)激光器的概念,条宽在20~50 μm,并使用光栅结构来稳定波长,最高线为近年来高亮度宽条半导体激光器亮度的概况。

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  为了解决上述问题,在波导区的两侧进行质子轰击,这主要起到两个方面的作用:一是波导区两侧的电导率降低,阻止了注入电流的横向扩展,使电流可以直接传送到有源区;二是质子轰击,在波导区两侧产生高浓度点缺陷,因此当有源区载流子扩散到波导区边缘时,可以被快速复合,从而有效抑制了横向载流子的积累通过上述手段,本课题组制作了976 nm波长宽条型激光器,条宽90 μm,波导区两侧质子轰击区宽度为200 μm,轰击深度为3.9 μm,测得器件的光束质量参数降低了35%(PBPP2 mm•mrad)。

  最具代表性的高亮度高光束质量激光器是主振荡-功率放大器(MOPA),主振荡器提供高光束质量的种子光,接着由功率放大器进行放大,可以在高功率输出的同时实现高亮度高光束质量。2011年,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的杨晔等报道了具有低红暴优势的850 nm大功率高亮度锥形半导体激光器,获得了近衍射极限的激光输出,当连续输出功率为200 mW时,光束质量因子M2仅为1.7,亮度高达16.3 MW•cm-2•sr-1;当功率提高到1 W时,M2因子和亮度仍分别达到2.8 MW•cm-2•sr-1和9.9 MW•cm-2•sr-1。2016年,北京工业大学激光工程研究院报道了由双量子阱非对称波导结构外延片刻蚀成的带有脊形波导结构的锥形半导体激光器,在电流为7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W的激光输出。测得慢轴和快轴方向的PBPP分别为1.593 mm•mrad和0.668 mm•mrad。德国FBH研究所一直致力于MOPA半导体激光器的研究,先后报道过多种波长的近衍射极限大功率器件。808 nm器件在4.4 W功率输出时,M2因子为1.9;979 nm器件最高输出功率为12W,在11.4 W输出时,M2因子仅为1.1;2013年,Wang等使用分布布拉格反射器(DBR)脊形激光器作为主振荡器(MO),将锥形放大器作为功率放大器(PA),两者之间加入光隔离器和柱透镜,形成MOPA系统,准连续工作条件下主瓣功率达到17W,M2因子为1.9;Muler等于2016年研制出1030 nm的DBR锥形激光器,采用非对称超大光腔的外延设计,在15 ℃测量时实现了主瓣功率为8.1 W,M2因子为1.1的输出;2017年,该团队继续优化器件,通过对脊型电注入区两侧进行离子注入,增强脊型区的模式选择作用,并进一步优化前后腔面的反射率,制作出的1030 nm DBR锥形激光器在15℃时主瓣功率为9.1 W,M2因子为1.2。

  一种常见的高亮度半导体激光器是平板耦合波导激光器(SCOWL),这种激光器相对于MOPA激光器的优点在于像散较小,可以输出近圆形的光斑,MIT Lincoln实验室的Huang等对SCOWL进行了持续研究,在大于1 W连续输出时仍可保持单一空间模式,横向和侧向的限制因子均为1.1,接近衍射极限,亮度高达100 MW•cm-2•sr-1。

  同时,对激光器结构进行优化,降低了器件的掺杂浓度,减少了内部光吸收损耗。980 nm器件在3 A电流注入时,横向远场发散角为6.3°,垂直方向远场发散角为11°,光束质量因子分别为1.52和1.54。与此同时,该组采用非对称超大光腔结构,减小了激光束垂直远场发散角,提高了器件的光束质量。具有非对称超大光腔结构的980 nm脊型波导激光器,在2A电流激励下连续输出功率为1.9 W,横向和垂直方向的M2因子分别为1.77和1.47。

  当前实用化的高功率半导体激光合束光源。主要基于非相干合束技术,经历了从传统合束技术(TBC)到密集波长合束(DWDM)和光谱合束(WBC)并行发展的两个阶段。密集波长合束(WBC)和光谱合束(SBC)为半导体激光技术领域注入新的活力,直接使得半导体激光源的光束质量提高近15倍,达到CO2激光器水平。北京凯普林的Xu等通过空间叠加激光单管和偏振合束,使用芯径200 μm、数值孔径(NA)0.22的光纤,输出功率为600 W。德国Directphotonics也实现了波长间隔为4 nm的5束激光合束,目前该公司已推出了功率为500~2000 W、光束质量为5 mm•mrad、芯径为100 μm的光纤耦合半导体激光源产品,并应用于金属切割和激光熔覆领域。2015年,FBH研究所的Decker等使用密集波长合束技术,单个minibar连续输出功率达到25 W,minibar上的5个管芯波长分别为970~980 nm,相邻管芯波长间距为2.5 nm,对每个管芯进行快慢轴压缩后进行波长合束,单个管芯的光参数乘积PBPP约为1.6 mm•mrad,波长合束几乎不影响光束质量;OSRAM公司于2015年报道的minibar,功率52 W时PBPP为11 mm•mrad,慢轴方向线年报道了性能更佳的器件,通过优化minibar的填充因子和腔长等参数,功率输出为50 W时,慢轴方向线。德国Laserline公司推出了机架固定式大功率激光二极管(LDM)和可移动式大功率激光二极管(LDF)两个系列商用迭阵合束半导体激光器,其参数如表5所示。

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  1985年,最先进的高功率半导体激光器105 μm芯径光纤仅可输出100 mW,而今天105μm芯径的光纤可以获得250 W功率输出。摩尔定律指出集成电路上芯片数目每7年增加10倍,巧合的是,半导体激光器的亮度也有相似结论。大功率半导体激光器的亮度和摩尔定律如图5所示,大功率半导体激光器的亮度大约每8年增加10倍。

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  1)提高载流子注入效率:关键是减少载流子注人到量子阱前的损失,降低量子阱之外载流子的电势,包括串联电阻以及开启电压中的附加势垒。2)提高量子效率:关键是要减少非辐射复合、阈值电流等载流子损失,减小光在波导中由传输造成的光损耗。激光器的量子效率受结温影响较大,提高激光器量子效率必须尽量降低激光器工作结温,其关键就是减小激光器封装热阻率。

  图6为nLight公司生产的光纤耦合半导体激光器的输出功率和转换效率随波长的变化图。从图中可以看出,随着输出功率的提高,电光转换效率反而有下降的趋势。这是因为在高功率输出时,半导体激光器将产生大量的热,这些多余的热量不能及时散发,会导致激光器性能下降,电光转换效率降低。

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  2004年,美国JDSU公司的Rossin等通过增加腔长,优化掺杂浓度和结构,降低了半导体激光器的限制因子和体电阻,910~980 nm波长、100 μm条宽的半导体激光器,在25 ℃工作条件下输出功率高达13.5 W,斜率效率为1.14 W•A-1,电光转换效率为64%。2006年,德国FBH研究所的Erbert等报道了高可靠性、高电光转换效率的砷化铟镓/砷化铝镓(InGaAs/AlGaAs)半导体激光器巴条,制得的940 nm波长半导体激光器巴条在25 ℃条件下、70 W连续输出时,电光转换效率高达73%,为当时的最高水平;同一时间,美国nLight公司的Crump等推出了商用级厘米巴条,通过微通道热沉冷却方式,975 nm波长厘米级半导体激光器巴条在室温下连续输出功率为100 W,电光转换效率大于73%;而通过低温冷却方式,将激光器工作温度维持在-50 ℃,可将电光转换效率提高到85%;2007年,在美国DARPA SHEDS项目的支持下,JSDU公司的Peters等报道了室温下连续输出功率为100 W的半导体激光器巴条,室温下电光转换效率为76%;2012年,美国nLight公司商业报告中指出,该公司790~810 nm波长百瓦级半导体激光器巴条,在20 ℃测试条件下,电光转换效率大于71%,而输出波长范围为915~980 nm的器件,20 ℃测试条件下,电光转换效率稳定在74%左右。

  半导体激光器寿命的定义方式有两种:1)在额定工作电流下,半导体激光器输出功率下降到初始值的80%所需的时间;2)在恒定输出功率下,工作电流上升到初始值的120%所需的时间。在光通信等领域,小功率半导体激光器的可靠性已经基本解决,工作寿命也能达到使用要求。大功率半导体激光器在大电流下连续工作时面临着端面灾变性损伤、烧孔、电热烧毁、光丝效应以及微通道热沉的寿命等基本问题。为了解决上述问题,提高半导体激光器的寿命和可靠性,一般可以采用以下方法:提高激光器外延片生长质量,改进制备工艺流程和封装技术,增大腔面光斑尺寸,腔面非吸收窗口技术,高效热管理技术等。

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  相对于其他类型的激光器,半导体激光器最大的特点就是输出波长的多样性。随着应用领域的不断扩展,半导体激光器的研究已包含350~1700 nm波段。对目前市场进行分析可知,大功率半导体激光器的应用主要分为以下4个的方面:1)大功率半导体激光器作为泵源;2)大功率半导体激光器在工业加工领域的应用;3)大功率半导体激光器在医疗美容领域的应用;4)大功率半导体激光器在军事领域的应用。

  半导体激光器抽运固体激光器(DPSSL)是大功率半导体激光器应用最多的领域。相较于传统的灯泵固体激光器,半导体激光器作为抽运源具有众多优点,如体积小、质量小、光谱范围窄、抽运效率高等。980 nm和1480 nm大功率半导体激光器是掺铒光纤放大器最理想的抽运源,掺铒光纤放大器应用范围非常广,可以作为光发射机的功率放大、线路放大、无再生中继、接收机的前置放大等。半导体激光器在光纤激光器的发展和应用中至关重要,只有半导体激光器,才能满足光纤激光器对抽运光源的要求。图7为nLight公司应用于工业加工领域的千瓦级光纤激光器系统结构示意图。

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  激光切割可分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂4类。利用激光切割设备可切割4 mm以下的不锈钢,在激光束中加氧气可切割20 mm厚的碳钢,但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜

  在环境保护法规要求越来越严格,人们环保和安全意识日益增强的今天,工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。如何寻找更清洁,且不具损伤性的清洗方式是不得不考虑的问题。激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点,被认为是最可靠、最有效的解决办法。同时,激光清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。

  它通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层起熔凝的方法,在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。

  激光焊接是激光材料加工技术应用的重要领域之一。在20世纪70年代,激光主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。德国已经实现汽车的整体焊接成形,中国的激光焊接处于世界先进水平,具备了使用激光成形超过12 m2的复杂钛合金构件的技术和能力,并投人多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。2013年10月,中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖——布鲁克奖,中国激光焊接水平得到了世界的肯定。

  1)激光手术治疗。半导体激光器已经应用于软组织切除、组织接合、凝固和汽化。普通外科、整形外科、皮肤科等科室均广泛地采用了这项技术。2)激光动力学医疗。将对肿瘤有亲和性的光敏物质有选择地聚集于癌组织内部,利用半导体激光照射,使癌组织产生活性氧,使其坏死,但对健康组织没有丝毫损伤。3)激光脱毛。激光脱毛是依据选择性的光热动力学原理(通过合理调节激光波长能量脉宽,激光便能穿过皮肤表层到达毛发的根部毛囊,光能被吸收并转化为破坏毛囊组织的热能),使毛发失去再生能力同时又不损伤周边组织、痛感轻微的技术。激光脱毛是目前最安全快捷长久的去毛技术。4)生命科学研究。使用半导体激光的“光镊”,可以捕捉活细胞或染色体,并移至任意位置,它已经被用于促进细胞合成、细胞相互作用等研究,还可以作为法医取证的诊断技术。

  激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。目前,水雷探测激光雷达、化学试剂探测激光雷达、大气监测激光雷达、生化陆战激光雷达等已经有了较好的发展。另外,中国的攻击激光雷达已经相当先进,包含着世界最尖端的5大核心技术:激光材料研究的突破、激光辐射材料物理机理及成像图谱研究的突破、一次性快速跟踪定位控制技术的突破、高密度能量可逆转换载体材料的突破、激光成像技术的突破。

  从制导站激光发射系统按一定规律向空间发射经编码调制的激光束,且光束中心线对准目标;在波束中飞行的导弹,当其位置偏离波束中心时,装在导弹尾部的激光探测器接收到激光信号,经信号处理后,调整导弹的飞行方向,直至击中目标。目前,激光制导武器的发展方向主要有以下几个方面:简易制导航空火箭弹、低成本末制导迫弹、精确攻击导弹与寻飞攻击导弹、激光型JDAM制导炸弹。

  随着精确打击武器在现代战争中重要地位的显现,智能战斗部及精确引战配合对近炸引信的要求越来越高,使激光引信成为了精确打击武器的重要组成部分,在海防导弹、反辐射导弹、对空导弹对地导弹、炮弹和反辐射无人机等方面发挥着不可替代的作用。

  高能激光器是激光武器的核心,是实现激光武器的基础。美国始终将激光武器作为自己未来武器的发展方向,目前有3大重点激光发展计划:IFX计划、未来机载激光武器、反卫星计划。我国军用激光器也已取得巨大突破,大型激光武器空基化、海基化全面开始。我国超远距离攻击激光武器已实现2.2 MW的输出功率,已解决超远距离瞄准的环控问题。在量子点激光器理论研究方面,中国已处于世界领先地位,超强功率的激光器亦是世界一流。

  从技术层面来看,未来大功率半导体激光器的关键技术主要包括以下5个方面:1)半导体激光芯片外延技术;2)半导体激光芯片的封装技术:3)光学准直技术;4)激光束整形技术;5)激光器集成技术。从应用层面来看,大功率半导体激光器的应用将从军事、国防、工业等领域逐步拓展,工业上使用的大功率半导体激光器和以半导体激光器为基础的全光纤激光器已经进入高速发展时期。与此同时,大功率半导体激光器在激光电视、激光医疗、车载激光雷达、激光全息防伪和智能手机等方面将拥有更加广阔的市场。大功率半导体激光器的研究与应用,必将推动“中国制造2025”飞速发展。