盘点2017年激光领域十大技术进展

四、新型激光写入技术升级石墨烯结构

众所周知，石墨烯可用于制造多种电子、光电器件，更有科学家预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

芬兰于韦斯屈莱大学和中国台湾的研究人员们共同发现能够通过激光写入技术改变石墨烯碳原子二维结构锻造成三维物体，并且石墨烯三维结构物质具有强烈的稳定性，表现出与二维结构不同的电学和光学特性。该工艺应用类似于用激光束“锤子”将金属锻造成三维形态。 最后通过实验和计算机模拟，观察了解石墨烯碳原子二维结构升级到三维形状的真实性及其形成机制。

自然界中，结构决定性质，毫不例外石墨烯的结构特点决定了石墨烯具有薄且坚硬，透光度好，导热性强，导电率高，结构稳定，电子迁移速度快等特性。业界认为，石墨烯在电子应用过程中，根据其层数一般可以分成单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。因为石墨烯的优异性能会随着层数的增加显著下降，超过多层便不具备石墨烯材料的优异性能，在电子器件升级中也就失去了石墨烯的应用优势。此次二维到三维结构的升级为石墨烯应用开拓了新的应用方向。

五、集成硅光工艺有望大规模制造III-V族/硅混合激光器

法国原子能委员会电子与信息技术实验室利用新型硅光子工艺新研发的分布反馈式（DFB）激光器，结合了大规模集成电路技术，该分布式反馈（DFB）发射器的最大输出功率为4 mW，其边模抑制比（SMSR）为50分贝。

在室温下进行的连续电动测试中，该激光器件在1300nm的波长处产生高达4 mW的输出功率，其中边模抑制比为50dB表明了良好的光谱纯度。虽然输出功率随施加的驱动电流的增加而变化，但激光阈值电流在50 mA至65 mA之间都是稳定的。

该混合激光器首次将完全CMOS兼容的200mm晶圆集成到混合III-V/Si分布反馈式激光器中，实验采用创新的激光电触点方法，没有使用一体化剥离。研究团队使用了局部硅增厚，在III-V材料增益部分下方制造了500nm厚的硅层。在使用深紫外（DUV）平版印刷术将布拉格光栅图案化到增益区域下方的加厚硅波导区域中之后，承载混合装置的关键元件的单个绝缘体上硅（SOI）和磷化铟（InP）与氧等离子体表面活化结合。本次利用晶圆制造工艺III-V族/硅混合激光器让激光器技术实现大规模生产成为可能。

六、激光写入成就微电子下一场革命

在硅光子应用中，进行3D激光写入将可能大大改变硅光子学领域中设计和制备的方法。而硅光子学则被视为微电子学的下一场革命，影响着激光在芯片级别的最终数据处理速度。

来自于法国、卡塔尔、俄罗斯和希腊的科学家在实验中发现，飞秒激光器即使将激光能量提高到技术上的最大脉冲强度在结构上仍然无法对体硅进行处理。不过，将飞秒激光器替换成超快激光时，在诱导体硅结构操作中没有受到物理上的限制。他们还发现激光能量必须以快速的方式在介质中传输，以便使非线性吸收的损失最小化。原来之前工作时遇到的问题源于激光器的小数值孔径（NA），也就是激光传输聚焦时可以投射的角度范围。科研人员通过采用硅球作为固体浸入介质解决了数值孔径问题。当将激光聚焦在球体的中心时，硅球完全抑制折射大大增加数值孔径，从而解决了硅光子写入问题，这一3D激光写入技术的研发为微电子学打开了新世界的大门。