一、前言 

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料為增益介質(zhì)的激光器，依靠半導(dǎo)體能帶間的躍遷發(fā)光，通常以天然解理面為諧振腔。因此其具有波長(zhǎng)覆蓋面廣、體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)、泵浦方式多樣、成品率高、可靠性好、易高速調(diào)制等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有輸出光束質(zhì)量差，光束發(fā)散角大，光斑不對(duì)稱(chēng)，受到帶間輻射的影響導(dǎo)致光譜純度差、工藝制備難度高的特點(diǎn)。

本文針對(duì)半導(dǎo)體激光器光譜純度差、光束質(zhì)量差、大功率工作困難、難于實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)調(diào)控等缺點(diǎn)，以光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器、微納激光器和拓?fù)浣^緣體激光器的研究發(fā)展路線為載體，簡(jiǎn)要回顧新體制激光器的發(fā)展歷程，并通過(guò)研究總結(jié)相關(guān)器件的技術(shù)發(fā)展路線，總結(jié)了在多學(xué)科交叉的技術(shù)背景下，實(shí)現(xiàn)新物理、新概念以及新技術(shù)融合的方法，為我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出相關(guān)建議，以供參考。 

二、幾種新體制半導(dǎo)體激光器簡(jiǎn)介

 新物理、新概念以及新技術(shù)與半導(dǎo)體激光器的融合，為其發(fā)展注入了新鮮的血液，通過(guò)與光學(xué)、電磁學(xué)、微電子學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)以及量子力學(xué)的交叉滲透，催生出了許多新體制激光器，它們或者有大規(guī)模的集成應(yīng)用前景，或者有優(yōu)秀的光束和光譜質(zhì)量，或者有更高更穩(wěn)定的輸出功率，或者有更小的體積和突破衍射極限的光斑，或者便于調(diào)制和倍頻，或者具有讓人興奮的微小功耗。這些新體制激光器的發(fā)展，代表了半導(dǎo)體激光器技術(shù)的先進(jìn)水平，同時(shí)也反映著物理理論、工程技術(shù)以及制備工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，值得進(jìn)行深入的研究。其中，光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器、微納激光器和拓?fù)浣^緣體激光器（見(jiàn)圖 1）分別代表了激光學(xué)科內(nèi)部的交叉應(yīng)用、激光器與光學(xué)的交叉應(yīng)用以及激光器與新興物理領(lǐng)域交叉應(yīng)用所催生出的新型半導(dǎo)體激光器，具有豐富的物理內(nèi)涵和應(yīng)用價(jià)值，本文將進(jìn)行較詳細(xì)的討論。

三、國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為整個(gè)激光產(chǎn)業(yè)的基石，而激光產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)生活不可分割的一部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年全球激光器的銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將維持 6% 的增長(zhǎng)速度，達(dá)到 146 億美元。其中半導(dǎo)體激光器的市場(chǎng)規(guī)模（包括直接的半導(dǎo)體激光器，也包括固體激光器與光纖激光器的泵浦源）約為 68.8 億美元，占激光器整體市場(chǎng)的 50% 左右，年增長(zhǎng)率約為 15%。

四、我國(guó)在半導(dǎo)體激光行業(yè)的發(fā)展需求

我國(guó)在半導(dǎo)體激光行業(yè)發(fā)展的首要需求是保障國(guó)家戰(zhàn)略安全。半導(dǎo)體激光器是光通信、激光傳感、激光加工、激光泵浦的核心元器件，還可以直接應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光測(cè)距、激光武器、導(dǎo)彈制導(dǎo)、光電對(duì)抗等領(lǐng)域。 建設(shè)完整的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈條，形成正反饋，通過(guò)市場(chǎng)應(yīng)用，促進(jìn)前端核心芯片的加速成熟，利用成熟的芯片技術(shù)，帶動(dòng)新成果和新應(yīng)用的落地是我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)該選擇的最佳路徑。

我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期處于追趕階段，在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。從實(shí)際出發(fā)，針對(duì)新應(yīng)用，開(kāi)發(fā)新器件，占據(jù)“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”，是實(shí)現(xiàn)超越的有效途徑。

首先，我國(guó)在新體制激光器的研發(fā)方面與國(guó)外的差距相對(duì)較小。受到近年來(lái)政策偏向的支持，我國(guó)在交叉學(xué)科融合以及新興半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域已經(jīng)有了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。尤其在微納光學(xué)和微納激光領(lǐng)域，我國(guó)的科研人員通過(guò)國(guó)際合作參與或主持了許多世界頂尖的研究成果，如果能夠?qū)⑦@些成果進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移，必定會(huì)為我國(guó)新體制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。其次，新體制激光器涉及基礎(chǔ)物理領(lǐng)域。我國(guó)近年來(lái)重視基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，為新體制激光器的發(fā)展提供了人才基礎(chǔ)和發(fā)展后勁。最后，在新體制激光器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，國(guó)外的發(fā)展與我們一樣處于起步階段，通過(guò)國(guó)家的資金和政策支持，我國(guó)的新體制激光器發(fā)展將有能力在世界新體制激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中占有一席之地。

技術(shù)的積累和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不能一蹴而就，在看到希望的同時(shí)也要正視所遇到的困難。我國(guó)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然處于相對(duì)落后的狀態(tài)，無(wú)論是技術(shù)理論、人才儲(chǔ)備還是工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外的先進(jìn)企業(yè)。企業(yè)規(guī)模仍然以中小型民營(yíng)企業(yè)為主，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也主要面對(duì)中低端應(yīng)用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的產(chǎn)業(yè)變革。技術(shù)輸出仍然以單一技術(shù)或單一專(zhuān)利為基礎(chǔ)，無(wú)法形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，更無(wú)法建立完善的“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合體系。制造設(shè)備仍然以進(jìn)口設(shè)備為主，強(qiáng)烈依賴(lài)于國(guó)外的技術(shù)輸出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。所以，相關(guān)方向的政策扶植迫在眉睫。

五、對(duì)策建議

半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)在現(xiàn)代信息化社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)具有重要意義。充分發(fā)揮我國(guó)在市場(chǎng)方面的優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)新應(yīng)用，堅(jiān)持自主的原則發(fā)展新技術(shù)，鼓勵(lì)新概念和學(xué)科交叉發(fā)展新理論，實(shí)現(xiàn)新體制的半導(dǎo)體激光器發(fā)展。新體制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域在國(guó)際范圍內(nèi)仍有廣闊的疆土。結(jié)合我國(guó)的政策優(yōu)勢(shì)、科技發(fā)展水平和人才儲(chǔ)備，在未來(lái)的 10~20 年我們有希望在新體制半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域內(nèi)培育出可以與世界領(lǐng)先激光產(chǎn)業(yè)巨頭相抗衡的優(yōu)秀企業(yè)，為搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，為半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供源動(dòng)力。

首先，鑒于當(dāng)前半導(dǎo)體激光器產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的困難和挑戰(zhàn)，我國(guó)在近期的首要任務(wù)是有選擇、有針對(duì)性地扶植適用于特種應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器的研制和生產(chǎn)，如針對(duì)高功率、窄線寬、特殊波長(zhǎng)等應(yīng)用，進(jìn)行相關(guān)科研和技術(shù)攻關(guān)及企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移。充分評(píng)估國(guó)產(chǎn)器件性能，正視差距，努力提升，保證國(guó)家裝備安全。

 其次，在民用領(lǐng)域，推動(dòng)成本敏感的半導(dǎo)體激光器國(guó)產(chǎn)化替代，充分利用市場(chǎng)導(dǎo)向和企業(yè)自身動(dòng)力，輔以地方政策引導(dǎo)扶植，注重相關(guān)產(chǎn)品的差異化，避免一窩蜂式發(fā)展是當(dāng)前的重要目標(biāo)。例如，相比電信應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中光器件和模塊生命周期短、維護(hù)較方便，進(jìn)入門(mén)檻相對(duì)較低；在激光加工系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器成本占比高，中低功率材料加工企業(yè)具有較高的替代意愿，也是國(guó)產(chǎn)器件的突破口。在這一過(guò)程中，還可以進(jìn)一步培育企業(yè)，培養(yǎng)人才。

最后，挖掘已有技術(shù)的應(yīng)用潛力。對(duì)于成熟的或者將近成熟的一些半導(dǎo)體激光器，如新體制的垂直外腔面發(fā)射激光器等，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行開(kāi)在中長(zhǎng)期，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高端半導(dǎo)體激光器的國(guó)產(chǎn)化和自主發(fā)展，需要國(guó)家層面更多的參與甚至主導(dǎo)，必要時(shí)可以采用政策扶植，資金和專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)傾斜等手段。

（1）充分利用我國(guó)在應(yīng)用端的巨大優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)I(lǐng)DM 模式公司或者公司群的建立?？梢圆捎靡龑?dǎo)成立多個(gè)具有穩(wěn)定合作關(guān)系的縱向企業(yè)集團(tuán)的方式，實(shí)現(xiàn)器件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的反饋閉環(huán)，促進(jìn)前端核心材料和器件的成熟。

（2）下大力氣鼓勵(lì)和引導(dǎo)國(guó)產(chǎn)器件的應(yīng)用。采用國(guó)家投資或補(bǔ)貼的方式，建立完整的國(guó)產(chǎn)化替代示范平臺(tái)，在實(shí)際應(yīng)用條件下實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化核心器件評(píng)估；在此基礎(chǔ)上以政策傾斜、財(cái)政補(bǔ)貼等方式鼓勵(lì)國(guó)產(chǎn)器件應(yīng)用。

（3）建立具有芯片代工廠功能的全自主的、完整的新技術(shù)開(kāi)發(fā)通用平臺(tái)，以對(duì)技術(shù)水平要求高的新體制微納激光器為牽引，同時(shí)滿(mǎn)足無(wú)生產(chǎn)線企業(yè)的激光器制備需求，提升綜合能力。尤其要彌補(bǔ)短板，掌握核心技術(shù)和關(guān)鍵工藝，避免“卡脖子”問(wèn)題，為新型半導(dǎo)體激光器的發(fā)展提供技術(shù)保障。

（4）鼓勵(lì)新概念、新器件，提前布局，掌握先發(fā)優(yōu)勢(shì)。開(kāi)展包括拓?fù)浣^緣體激光器等新體制半導(dǎo)體激光器及其相應(yīng)工藝的研究；鼓勵(lì)跨行業(yè)和前后端交流，在適當(dāng)階段由新概念開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)入針對(duì)具體應(yīng)用的技術(shù)開(kāi)發(fā)。