不妄自菲薄，亦不妄自尊大

刘荣+曹丽娟

20世纪70年代，半导体激光研究在国际上迎来快速发展期，吸引了众多科研人员关注，长春光学精密机械与物理研究所（以下称长春光机所）研究员王立军也在其中。

在美国西北大学做高级访问学者期间，王立军开展了一种无铝量子阱新材料结构大功率激光器研究，取得多项国际领先成果。而此时，国外却对我国采取禁运、限运，限制我国在相关领域的发展。

了解情况后，王立军随即回国，带领团队以“无铝长寿命量子阱激光器研究”为突破口，相继攻克大功率半导体激光器结构设计、材料生长、芯片制备、器件封装等单元技术，以及高密度激光阵列集成、高效率散热、高效率激光合束等综合技术，并在国际上首次实现连续输出功率达瓦级的大功率垂直腔面发射激光。

这些成果提升了大功率激光器的使用寿命、电光转化效率、可靠性等，在多个领域得到应用，更填补了国内空白，使我国相关研究走在了世界前列。

王立军亲历了我国半导体激光研究从齐步到滯后、从跟踪到部分先进的跌宕起伏。近日，他接受本刊邮件专访，谈起奉献了大半生的事业，他肯定了我国取得的成绩，也指出了差距。总结起来就是——我们既不妄自菲薄，亦不妄自尊大。

（一）

记者：世界各国格外关注半导体激光是因为看中它的哪些优点？

王立军：半导体激光是以半导体材料为工作物质的一类激光器件，除激光器的共同特点外，还具有以下显著优点：

1.体积小、重量轻、效率高、工作寿命长、可靠性好；

2.可直接电调制，功耗低、电源故障低、使用安全、维修成本低；

3.易于与各种光电子器件实现光电子集成；

4.与半导体制造技术兼容，可大批量生产；

基于这些优点，半导体激光在世界上获得了广泛关注和研究，在通信、光存储、医疗、显示、加工等领域得以应用，成为发展最快、应用最广、产值最大、最早走出实验室实现商用化的一类激光器。

目前，半导体激光器的使用数量居所有类型激光器之首，在某些重要领域甚至取代了传统激光器。据《中国半导体激光产业报告》统计，全球半导体激光器的销售规模已达到84亿美元。

记者：我国半导体激光器的研究经历了哪些阶段？

王立军：我国半导体激光器的研究几乎与国际同步，结构上经历了半导体激光器的同质结、单异质结、双异质结、量子阱、量子点以及量子级联等发展阶段；材料体系上从Ⅲ-V族的GaAs、InP等近红外波段发展到紫外和中红外波段；光电转换效率也从20～30%提高到65～70%。

同时，半导体激光器从在液氮温度下工作发展到室温，甚至更高温度范围工作；从应用于光通信的毫瓦小功率器件，发展到目前千瓦甚至万瓦，应用领域也拓展到了工业加工、成像探测、空间应用等领域。

记者：这个过程中，我国半导体激光器研究取得了哪些成绩？在国际上处于什么水平？

王立军：1963年12月，中科院长春光机所与半导体所同时成功研制出的液氢温度下GaAs二极管激光器，与当时国际发展水平差距不到一年，是我国半导体激光的一个里程碑；1976年，长春光机所研制的“山字台型半导体激光器”获全国科技大会奖。

1995年我回国后，在国内率先开展无铝量子阱半导体激光器研究；1998年，808nm单管半导体激光器实现连续输出3.6W，寿命突破5000小时；2004年，我们团队在国际上首次研制出连续输出功率1.95W的大功率垂直腔面发射激光器，6项主要指标达国际领先；2010年，又在国内首次研制出千瓦高光束质量大功率激光对抗光源。

…………

总体来说，在上世纪60至70年代期间，我国半导体激光器水平与国际相当，后来略滞后于国际，主要以跟踪国际前沿为主。目前半导体激光器芯片外延生长方面较为薄弱，但某些领域已处于国际先进水平，尤其在半导体激光器封装及集成方面，有较强的研发基础和实力。

记者：这个方面我国主要存在哪些不足？

王立军：近些年，我国在半导体激光器领域给予了大量政策扶持，相关产业的发展也取得了较快进步。但由于整体投入不足，核心技术积累不够，目前仍有许多高端半导体激光器市场被国外产品占据。

我国半导体激光器产业的部分技术已与国际同步，但还应重视科研成果产业化。另外，在半导体激光器组成器件，尤其是核心零部件生产方面，我国目前依旧存在专利缺口。

（二）

记者：近些年各国纷纷布局大功率半导体激光器，为何大家都“迷恋”大功率？

王立军：大功率半导体激光器是一类用途非常广泛的电子器件，输出功率高达百瓦、千瓦，甚至准连续输出功率可达万瓦以上，能量转换效率能达到50%以上。半导体激光器相对于其他激光器的最大特点就是波长多样性，而大功率激光器几乎囊括整个650～1700nm波段。

目前，大功率半导体激光器及大功率半导体激光器泵浦固体激光器在材料加工、激光扫描、激光测距、激光存储、激光医疗等民用领域，以及激光制导、激光夜视等军用领域得到了广泛应用，前景非常广阔，是国民经济和国防建设的关键基础元器件和核心支撑技术。

记者：您和团队开展的大功率半导体激光器研究获得2011年国家技术发明奖，这个项目的具体研究经历是怎样的？

王立军：我们团队经过10年深入研究和攻关，在高功率、高光束质量半导体激光光源方面取得了许多重大突破，达到世界先进水平。其中包括获得2011年国家技术发明二等奖的高功率激光合束及光束整形等系列核心技术。

项目研究耗时5年，实现了高光束质量大功率半导体激光输出，攻克半导体激光合束等系列关键技术，开发出发射波长880nm、连续输出1000瓦高光束质量的半导体激光对抗武器光源，成功应用于某重点型号任务；在国内首次开发出2600瓦高光束质量高效节能半导体激光加工机光源，为产品的更新换代奠定了基础；解决了千瓦级半导体激光器散热难题，开发出42层6700瓦激光迭阵模块。

我们通过激光线阵封装、叠层封装等技术，努力克服半导体激光器光束质量差、快慢轴光斑严重不对称、单元器件功率小、功率密度低等挑战，解决了大部分难题，将功率提高到了千瓦级。

最终，我们获得“多重光束耦合大功率半导体激光装置”和“大功率光束耦合半导体激光器”2项发明专利，“半导体激光线阵及迭阵微通道热沉化学清洗装置”、“粗糙光型半导体激光器有源热沉结构及制备方法”等4项授权发明专利。

记者：能谈谈项目的应用情况吗？

王立军：基于高功率半导体激光系列关键技术，我们开发出了激光器单管、激光线阵模块、激光迭阵模块、面发射激光面阵模块、激光合束光源5大系列、几十个激光产品，在国内上百家企业、科研院所得以应用。

我们还与十余家公司合作，开发出大功率半导体激光切割、焊接、3D打印等一系列具有自主知识产权的高端装备。2015年底，我們与相关单位共同出资创建公司，进行半导体激光技术成果转化，先后开发出光纤激光器、半导体激光器、激光加工光源、激光医疗仪器等产品。

（三）

记者：大功率半导体激光团队成军至今22年，您心中这是一支怎样的队伍？

王立军：我所获得的荣誉属于长春光机所和我的团队，荣誉背后都是大家共同的努力。我很满意我的团队，他们令我很骄傲！

成军22年，我们已经成长为一支知识结构合理、学术水平高、创新能力强的研究队伍，从五六人增加到现在的几十人，有人负责在创新研究中出谋划策，有人负责为半导体激光研制提供技术支持，两方面交叉分工、相互支持，共同推动项目的进行和学科发展。

我们以不断创新、前沿探索和满足国家重大需求为己任，重视基础研究，不断部署半导体激光新思想、新结构、新材料、新工艺的研究，承担或参加多个重大、重点型号计划任务，均取得了可喜成果。

我们始终秉承坚持和踏实的科研精神，敢为天下先的创新精神，同甘共苦、共同奋斗的奉献精神，齐心协作、埋首科研、精益求精，团队里洋溢着欢快轻松、又不失科学严谨的气氛。

记者：这支队伍经常拿奖拿到“手软”，有什么秘诀和高招吗？

王立军：根据国家需求确定团队重点发展方向，结合研究领域发展的前瞻性和战略性，确定团队创新性发展目标，这就是我们培养、吸引、留住人才的法宝。我们以需求促进学科发展，强化前沿创新研究结果向国防和工业应用转化，以国际先进水平的半导体激光研究平台和大功率半导体激光国际前沿研究为核心，吸引新一代研究人员加盟。

团队营造开放、流动、竞争、择优的环境，充分调动成员积极性，以学术水平、成果为核心对成员进行考核，建立稳定的技术支撑队伍，保障科研工作的进行。正因为这样始终默契的合作，我们才能取得一个又一个成绩。

记者：方便透露团队目前的在研项目吗？

王立军：近年来，我们开展了激光在太空应用的研究，同时承担了国家重大仪器制造专项、绿色制造等项目，开展激光检测设备、激光智能制造、3D打印设备、激光医疗设备的开发。

目前，我们还开展新一代固体激光雷达三维扫描芯片研发，助力环境感知技术的突破。环境感知技术是机器人、自主驾驶车辆、无人机、灾害应急救援等应用中的重要领域之一，是识别、避障、成图和定位的关键。激光三维扫描具有距离远（最高百公里）、精度高（毫米级）、成本低、非接触、抗干扰等优点，是环境感知的首选技术。这方面的研究意义重大，我们已经取得了重要进展。

（四）

记者：您认为我国半导体激光研究目前面临哪些瓶颈？

王立军：我国近些年在高功率、高光束质量大功率半导体激光器等领域取得了长足进步，单元器件的光纤耦合、半导体激光芯片封装、半导体激光器系统等也达到了国际先进水平。

但是，在半导体激光器核心部件——半导体激光芯片的研制和生产方面，一直受外延生长技术、腔面钝化技术、器件制作工艺水平限制，国产半导体激光器件的功率、寿命与国外先进水平差距较大，依然依赖进口，导致我国半导体激光器价格居高不下，严重影响大功率半导体激光器在我国的推广应用，同时也限制了高功率光纤激光器的研制和开发。

不过，值得高兴的是，随着我国LED、多结GaAs太阳能电池、红外热成像器等化合物半导体器件的应用和发展，化合物半导体器件外延和封装技术不断成熟。这些技术应用于半导体激光器，大大促进了半导体激光器件的国产化，推动这一高效、节能型激光器在我国工业、国防、科研等领域得到更广泛地运用。

记者：突破这些瓶颈，需要加强哪些方面的创新？

王立军：高性能半导体激光器的国产化技术瓶颈是制约我国激光科技和技术发展的因素之一，急需国家加大投入，解决以下核心问题。

1.高性能半导体激光芯片外延生长技术及工艺：需要解决超大光腔结构优化，减小腔面输出功率密度，提高斜率效率和光电转化效率。

2.腔面膜设计制备技术及工艺：需要深入研究无吸收窗口结构和腔面钝化技术，彻底解决半导体激光器的COMD难点问题。

3.深入研究与寿命可靠性相关的关键技术及工程化：建设可靠寿命测试老化方案和条件，获取产品光学、电学、热学等参数的变化，优化前端工艺，分析、判断技术工艺缺陷，不断反馈校正，以满足半导体激光器产品化的相关指标。

记者：您如何看待半导体激光器的发展趋势？

王立军：激光器是激光产业的发展核心，随着应用领域的快速拓展，激光器尤其是半导体激光器的市场也在高速发展，工业领域的增速已远超其他领域，尤其是应用于精细加工的半导体激光器，将会成为行业发展重点。