一、前言 

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

本文針對半導體激光器光譜純度差、光束質量差、大功率工作困難、難于實現腔內調控等缺點，以光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器、微納激光器和拓撲絕緣體激光器的研究發(fā)展路線為載體，簡要回顧新體制激光器的發(fā)展歷程，并通過研究總結相關器件的技術發(fā)展路線，總結了在多學科交叉的技術背景下，實現新物理、新概念以及新技術融合的方法，為我國半導體激光器產業(yè)的發(fā)展提出相關建議，以供參考。 

二、幾種新體制半導體激光器簡介

 新物理、新概念以及新技術與半導體激光器的融合，為其發(fā)展注入了新鮮的血液，通過與光學、電磁學、微電子學、拓撲學以及量子力學的交叉滲透，催生出了許多新體制激光器，它們或者有大規(guī)模的集成應用前景，或者有優(yōu)秀的光束和光譜質量，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，代表了半導體激光器技術的先進水平，同時也反映著物理理論、工程技術以及制備工藝的發(fā)展現狀，值得進行深入的研究。其中，光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器、微納激光器和拓撲絕緣體激光器（見圖 1）分別代表了激光學科內部的交叉應用、激光器與光學的交叉應用以及激光器與新興物理領域交叉應用所催生出的新型半導體激光器，具有豐富的物理內涵和應用價值，本文將進行較詳細的討論。

三、國內外半導體激光器產業(yè)發(fā)展現狀

半導體激光產業(yè)已經成為整個激光產業(yè)的基石，而激光產業(yè)也已經成為人類社會生活不可分割的一部分。據統(tǒng)計，2019 年全球激光器的銷售額預計將維持 6% 的增長速度，達到 146 億美元。其中半導體激光器的市場規(guī)模（包括直接的半導體激光器，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，占激光器整體市場的 50% 左右，年增長率約為 15%。

四、我國在半導體激光行業(yè)的發(fā)展需求

我國在半導體激光行業(yè)發(fā)展的首要需求是保障國家戰(zhàn)略安全。半導體激光器是光通信、激光傳感、激光加工、激光泵浦的核心元器件，還可以直接應用于激光雷達、激光測距、激光武器、導彈制導、光電對抗等領域。 建設完整的閉環(huán)產業(yè)鏈條，形成正反饋，通過市場應用，促進前端核心芯片的加速成熟，利用成熟的芯片技術，帶動新成果和新應用的落地是我國相關產業(yè)發(fā)展應該選擇的最佳路徑。

我國半導體激光器產業(yè)長期處于追趕階段，在某些領域實現引領是行業(yè)發(fā)展的迫切需求。從實際出發(fā)，針對新應用，開發(fā)新器件，占據“先發(fā)優(yōu)勢”，是實現超越的有效途徑。

首先，我國在新體制激光器的研發(fā)方面與國外的差距相對較小。受到近年來政策偏向的支持，我國在交叉學科融合以及新興半導體激光器領域已經有了長遠的發(fā)展。尤其在微納光學和微納激光領域，我國的科研人員通過國際合作參與或主持了許多世界頂尖的研究成果，如果能夠將這些成果進行產業(yè)化轉移，必定會為我國新體制半導體激光器產業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎。其次，新體制激光器涉及基礎物理領域。我國近年來重視基礎學科建設，為新體制激光器的發(fā)展提供了人才基礎和發(fā)展后勁。最后，在新體制激光器產業(yè)領域，國外的發(fā)展與我們一樣處于起步階段，通過國家的資金和政策支持，我國的新體制激光器發(fā)展將有能力在世界新體制激光器產業(yè)的發(fā)展中占有一席之地。

技術的積累和產業(yè)的發(fā)展不能一蹴而就，在看到希望的同時也要正視所遇到的困難。我國半導體激光器產業(yè)的發(fā)展仍然處于相對落后的狀態(tài)，無論是技術理論、人才儲備還是工藝流程和生產設備都遠遠落后于國外的先進企業(yè)。企業(yè)規(guī)模仍然以中小型民營企業(yè)為主，所生產的產品也主要面對中低端應用，無法實現本質上的產業(yè)變革。技術輸出仍然以單一技術或單一專利為基礎，無法形成完整的產業(yè)鏈發(fā)展，更無法建立完善的“產學研”結合體系。制造設備仍然以進口設備為主，強烈依賴于國外的技術輸出，無法實現真正的自主知識產權。所以，相關方向的政策扶植迫在眉睫。

五、對策建議

半導體激光產業(yè)是關系國計民生的基礎產業(yè)之一，半導體激光器產業(yè)的發(fā)展對我國在現代信息化社會的競爭中搶占先機具有重要意義。充分發(fā)揮我國在市場方面的優(yōu)勢開發(fā)新應用，堅持自主的原則發(fā)展新技術，鼓勵新概念和學科交叉發(fā)展新理論，實現新體制的半導體激光器發(fā)展。新體制半導體激光器產業(yè)的競爭領域在國際范圍內仍有廣闊的疆土。結合我國的政策優(yōu)勢、科技發(fā)展水平和人才儲備，在未來的 10~20 年我們有希望在新體制半導體激光器領域內培育出可以與世界領先激光產業(yè)巨頭相抗衡的優(yōu)秀企業(yè)，為搶占戰(zhàn)略制高點，為半導體激光產業(yè)的進一步發(fā)展提供源動力。

首先，鑒于當前半導體激光器產業(yè)發(fā)展中的困難和挑戰(zhàn)，我國在近期的首要任務是有選擇、有針對性地扶植適用于特種應用的半導體激光器的研制和生產，如針對高功率、窄線寬、特殊波長等應用，進行相關科研和技術攻關及企業(yè)技術轉移。充分評估國產器件性能，正視差距，努力提升，保證國家裝備安全。

 其次，在民用領域，推動成本敏感的半導體激光器國產化替代，充分利用市場導向和企業(yè)自身動力，輔以地方政策引導扶植，注重相關產品的差異化，避免一窩蜂式發(fā)展是當前的重要目標。例如，相比電信應用，數據中心應用中光器件和模塊生命周期短、維護較方便，進入門檻相對較低；在激光加工系統(tǒng)中，半導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，也是國產器件的突破口。在這一過程中，還可以進一步培育企業(yè)，培養(yǎng)人才。

最后，挖掘已有技術的應用潛力。對于成熟的或者將近成熟的一些半導體激光器，如新體制的垂直外腔面發(fā)射激光器等，從實際應用出發(fā)，進行開在中長期，主要目標是實現高端半導體激光器的國產化和自主發(fā)展，需要國家層面更多的參與甚至主導，必要時可以采用政策扶植，資金和專項經費傾斜等手段。

（1）充分利用我國在應用端的巨大優(yōu)勢，鼓勵IDM 模式公司或者公司群的建立?？梢圆捎靡龑С闪⒍鄠€具有穩(wěn)定合作關系的縱向企業(yè)集團的方式，實現器件開發(fā)和應用的反饋閉環(huán)，促進前端核心材料和器件的成熟。

（2）下大力氣鼓勵和引導國產器件的應用。采用國家投資或補貼的方式，建立完整的國產化替代示范平臺，在實際應用條件下實現國產化核心器件評估；在此基礎上以政策傾斜、財政補貼等方式鼓勵國產器件應用。

（3）建立具有芯片代工廠功能的全自主的、完整的新技術開發(fā)通用平臺，以對技術水平要求高的新體制微納激光器為牽引，同時滿足無生產線企業(yè)的激光器制備需求，提升綜合能力。尤其要彌補短板，掌握核心技術和關鍵工藝，避免“卡脖子”問題，為新型半導體激光器的發(fā)展提供技術保障。

（4）鼓勵新概念、新器件，提前布局，掌握先發(fā)優(yōu)勢。開展包括拓撲絕緣體激光器等新體制半導體激光器及其相應工藝的研究；鼓勵跨行業(yè)和前后端交流，在適當階段由新概念開發(fā)轉入針對具體應用的技術開發(fā)。