复旦首制全硅激光器什么是激光器

　　激光器——能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，取得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推行应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就愈来愈多。

　　日前，复旦大学信息科学与工程学院吴翔教授、陆明教授和张树宇副教授合作团队成功研制出世界上首个全硅激光器。不同于以往的混合型硅基激光器，本次研究终究实现由硅本身作为增益介质产生激光。该研究是集成硅光电子领域近 0年来取得的一项重大突破。

　　集成硅光电子结合了现今两大支柱产业——微电子产业和光电子产业——的精华。硅激光器是集成硅光电子芯片的基本元件，是实现集成硅光电子的关键。集成硅光电子预计将广泛应用于远程数据通信、传感、照明、显示、成像、检测、大数据等众多领域。

　　然而，硅自身的发光极弱，如何将硅处理成具有高增益的激光材料，一直是一个瓶颈问题。自2000年实验证明硅纳米晶材料可以实现光放大以来，这一瓶颈始终限制着硅激光器的发展。

　　硅激光器是实现集成硅光电子的关键。由于硅的间接带隙结构特性，目前，硅的光增益较之通常的III-V族激光材料，仍有个数量级的差距。为避开这个瓶颈，国际上将成熟的III-V族激光器制备在硅基片上，成为一种混合的硅基激光器。而以硅自身作为增益介质的全硅激光器可以更好地匹配现有硅工艺，大幅提升器件的可靠性，其研制既是科学技术上的挑战，也是集成硅光电子所必需。

　　激光器——能发射激光的装置。除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于消耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部份。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并保持粒子数反转创造条件。

　　鼓励方式有光学激励、电鼓励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（ 见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物资的长度，还能通过改变谐振腔长度来调理所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。

　　激光正从广度和深度两方面日趋拓展应用领域， 逐渐渗透到国民经济的多个领域。在装备制造领域，高功率激光设备在航空、航天、汽车、高铁、船舶等高端设备制造等领域的切割焊接、丈量、打标等环节发挥着越来越重要的作用。

　　例如：在现代汽车制造中，汽车、高铁车身焊接均已全部实现激光焊接；激光加工是飞机机头（驾驶舱）机身切割成型和焊接的最好解决方案。在精细微加工方面，超短脉冲激光在光伏、液晶显示、半导体、LED、OLED等领域的钻孔、刻线、划槽、表面纹理化、表面改性、修整、清洗等环节发挥了不可替代的作用。此外，激光与生物学、医学治疗及诊断、制药科学相结合，激光抗癌和物理治疗、激光手术、激光诊断、激光眼科医治、激光美容已普遍进入医学各分诊疗科室，激光基因定序仪的发明使基因测序检测的时间过程加快了数百万倍。总之，激光与战略性新兴产业七大领域密切相干， 自身也是战略性新兴产业高端装备制造业的重要内容。