“光电子科技引领半导体创‘芯’未来”系列科技成果展示之七 | 大能量高重频纳秒激光器及激光清洗技术

来源:中科院半导体所发布时间:2022-08-031303浏览

光电子科技引领半导体创“芯”未来系列科技成果展示之七

大能量高重频纳秒激光器及激光清洗技术

激光清洗是一项绿色、精密的新型清洗技术，其主要机理为物体表面污染物吸收瞬时（ns）高能（102kW）激光后，污染物气化挥发及瞬间受热膨胀而克服机体表面对污染物粒子的吸附力，使其脱离物体表面。

大能量高重频纳秒激光器（kHz，~100ns，10~1000mJ）是激光清洗优选激光源和核心器件。纳秒激光脉冲作用于污染物表面可减少由于热积累形成热传导使基材温升过高；高重频脉冲激光作用于污染物表面可以使污染物迅速达到分离去除阈值，提高清洗能力和效率。由于这种激光能量相对较高，通常采用较大的聚焦光斑，有利于保护基材不受损伤并降低了清洗工艺参数控制难度。此外这种脉冲激光可以通过光纤进行远距离柔性传输，大幅提高了适用范围。

中国科学院半导体研究所全固态光源实验室是国内从事激光清洗技术的主要研发单位之一，技术水平在国内始终保持领先，在清洗用激光器及智能清洗装备集成等一系列技术上有着雄厚的技术及人才积累。团队发明了错位排列半导体均匀泵浦结构，泵浦线阵周期性错位排列，用九维的机械结构实现光学六维旋转均匀泵浦，匀化了径向和轴向增益，提升了脉冲能量。突破了定标逐级高效放大和高峰值功率（能量）密度激光光纤柔性传输等关键技术，率先实现了千赫兹高重频下单脉冲能量达焦耳级的纳秒脉冲输出。相关成果入选国家“十二五”科技创新成就展，获得中国光学工程学会科技创新一等奖和“国科大杯”创新创业大赛总决赛一等奖。研制的高功率激光清洗装备已在中石油、中策橡胶、哈工大、航天九院13所等单位实现广泛应用，应用效果得到了相关单位的一致认可。

相对于化学清洗，激光清洗其不需任何化学药剂和清洗液，无污染；相对于机械清洗，其无研磨、无应力、无耗材，对基体损伤极小；激光可利用光纤传输引导，清洗不易达到的部位；适用对象也比较广泛，除锈、除漆、除油、除泥污均可。在当前我国高端制造业快速发展及环保政策禁止污染的情况下，激光清洗技术将拥有广阔的市场规模。绿色、精密激光清洗技术将逐步替代有污染和对基材损伤严重的传统清洗方法，在我国工业生产中不断发挥重要作用并产生巨大的经济效益。