【ZiDongHua之“创新自化成”收录关键词：奥创光子 半导体 数字孪生】
 
　　奥创光子再次成功获批千万级国家重点研发计划牵头工作，为高端半导体飞秒激光装备技术化革新赋能
 
 
　　3月奥创光子作为国内领先的飞秒激光器制造商，在参与国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项2024年度项目中，牵头申报的“紫外飞秒光丝铝基碳化硅高速精密切片技术应用项目”成功立项。奥创光子作为国内极少数将飞秒激光器应用于高端半导体装备的国家重点研发计划牵头企业，以硬核技术突破全球半导体装备“卡脖子”难题，助力我国在半导体核心工艺装备领域实现从跟跑到领跑的加速进程。
 
　　01
 
　　内部专家、工程化研发团队
 
　　多次国家项目参与经验
 
　　奥创光子是一家专业从事工业级飞秒激光器及其核心器件研发、生产与应用的国家高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业。早在西安光机所创始团队的基础上，奥创光子再次引进了一大批国内外知名专家和工程化团队，比如来自加拿大的器件专家、来自立陶宛的高级光学工程师等。依靠这些人才，通过核心器件先行的战略布局，将核心技术下沉到核心器件内，真正实现“核心”自主可控。
 
　　创始核心团队多次主持参与国家、省市重大专项中飞秒光源的研制，如：《2023国家重点研发计划-激光超声复合精密制造技术与装备》、《浙江省重点研发计划-多参量可调控高功率飞秒激光器》、《浙江省重点研发计划眼科全飞秒激光手术诊疗设备的国产化研发》项目等。
 
 
　　02
 
　　全球领先：自主研发
 
　　推动高端半导体装备稳定发展
 
　　紫外波段超短脉冲激光器特有的短波长、短脉冲特性赋予了其与物质作用过程强大的材料化学键裂解能力，在宏观表现为对各类材料的高效而精密的绝热加工应用（划线、切割、钻孔、刻蚀等）；但这种无坚不摧的紫外超短脉冲也对产生和承载它的激光系统提出了极高的技术要求，尤其是谐波转换光路中元器件的选材、制作工艺、安装工艺、运行环境等，诸多因素影响着紫外激光的性能与使用寿命。
 
　　飞秒紫外激光器因兼具短波长和极高峰值功率，其倍频系统的设计和选型更加苛刻，激光腔内传输和操控脉冲的镜片、晶体等光学元件的表面膜层首当其冲受到瞬时强场作用，膜层与基质材料在高能紫外辐射下的改性容易造成器件劣化，这也是当前紫外激光器市场中高能飞秒紫外激光器产品稀缺的主要技术原因之一。
 
 
　　奥创光子为该重大研发计划开发的高功率大能量紫外飞秒激光器，在元器件选型阶段做了紫外膜系的广泛筛选和深度测试，包括了对超过全球二十家光学基片供应商的基片分析、试用，对国内外多家资深镀膜机构的实际镀膜效果测试，其中较为严苛的测试包括343nm紫外激光经聚焦长时间照射紫外高反膜，照射点矩阵覆盖镜片膜层70%面积，实现对紫外膜层时间耐受力、空间一致性的考察；通过了这种严格测试的长寿命紫外膜系，才能入选为该项目的基础物料。
 
　　高功率紫外倍频系统的环境工程设计与工艺实施也在很大程度影响着紫外激光的输出稳定性、功率衰减速率。为此开发了倍频腔环境主动清洁功能并集成于激光头中，为激光器提供运行前的镜片表面自清洁，运行中的不间断过滤空气循环，定时的功率衰减自动补偿等，同时在控制软件中嵌入了基于辛几何模态分解（Symplectic Geometric Decomposition,SGD）与多尺度特征融合的混合预测架构，该模型通过同步解析整机多通道监控数据（包括温度梯度场、非线性晶体相位失配量、冷却液流速及镜组微应变等），结合SGD对高维非线性系统相空间轨迹的保结构降维特性，实现紫外激光时-频域功率波动特征的解耦提取，这种“基于实时状态”的维护策略为激光器维保，尤其是紫外元器件按需更换提供诊断数据和预警，实现了该激光器紫外模块运行寿命超过10000小时，紫外激光输出功率实时波动<1%，为该项目乃至未来的工业应用提供了稳定性和可靠性保障。
 
　　作为业内鲜有的百瓦级紫外飞秒激光器，该光源要求基频飞秒激光功率超过300W，这样的高功率近红外基频光导入倍频腔，腔内各处的热管理及残余热量处理方法决定了激光器整体热稳定性；基于多物理场耦合数字孪生技术，构建力学-热-光学的联合仿真系统，通过实时数据采集与卡尔曼滤波动态修正模型参数并在此基础上使用变分贝叶斯方法提高多模态传感器实时数据融合，实现三倍频紫外腔内热形变关键点的高精度追踪，极大降低传统监控方法的误差，并首次验证了腔体温升、形变与光斑畸变的非线性关联，从而实施针对性的导热管路规划，达到了基频、倍频多腔体的热平衡，确保了激光器整体热稳定性。
 
　　03
 
　　装备级挑战
 
　　半导体制造过程中的多重难题
 
　　1、输出功率不稳定性
 
　　在高功率紫外激光系统研发中，多层级技术瓶颈相互耦合形成了复杂挑战。基频光源的长期稳定性控制是首要问题。当系统功率运行在300W以上时，热致变形和环境微扰动会产生连锁效应，导致倍频转换效率下降，并引发紫外输出功率出现±5%以上的波动。这种不稳定性严重影响了系统的整体性能和可靠性，限制了其在高功率条件下的应用。
 
　　2、瞬态吸收剧增
 
　　此外，高能紫外光子具有8eV以上量级的单光子能量，能够解离熔石英中的Si-O键，产生E'色心缺陷，导致瞬态吸收剧增。这种现象不仅降低了材料的透过率，还可能引发材料的结构性损伤，进一步影响系统的稳定性。
 
　　3、激光诱导损伤阈值衰减
 
　　高能紫外光子还会在介质膜层界面诱发热电子雪崩效应，使局部电场强度骤增至初始值的5-8倍，最终导致激光诱导损伤阈值（LIDT）呈指数型衰减。这种损伤阈值的降低使得光学元件在高功率激光作用下更容易发生损伤，限制了系统的功率提升和长期稳定性。
 
　　4、倍频效率衰减、成本剧增
 
　　材料失效机制与晶体生长瓶颈形成恶性循环，大尺寸倍频晶体生长需要在轴向温度梯度严控的苛刻条件下进行，任何微小的组分过冷都会产生位错网络，使倍频效率衰减30%以上。这导致单晶制备周期长达千小时，且成本剧增。这种高成本和长周期的制备过程严重制约了高功率紫外激光系统的应用。
 
　　5、紫外诱导碳污染难题
 
　　此外，这些高成本组件在系统集成时还面临紫外诱导碳污染难题。激光与残留有机物作用产生的游离碳会在光学表面形成纳米级遮蔽层，致使透射率每周下降0.5%。这种污染不仅降低了光学元件的性能，还可能引发二次污染和损伤，进一步影响系统的稳定运行。
 
　　04
 
　　千亿级市场
 
　　重塑半导体产业格局的战略利器
 
　　100W紫外飞秒激光技术通过融合高平均功率、超短脉冲与短波长的独特优势，实现了精密制造领域的革命性突破。其核心价值在于同时解决加工精度、效率与材料适应性的矛盾：紫外波段的高光子能量支持亚微米至纳米级加工分辨率，尤其适用于脆性材料（如玻璃、蓝宝石）和半导体（如硅、GaN）的超精细加工，而飞秒脉冲的极短持续时间可将热影响区近乎消除，避免传统激光加工中的材料熔融或热损伤问题。
 
　　另外，高功率输出可使加工速度获得显著提升，如智能手机玻璃盖板切割效率可提升10倍以上，为工业量产提供了从实验室到规模化生产的可行性路径。在半导体与电子制造中，紫外飞秒激光不仅推动了第三代半导体（如SiC、GaN）器件的精密加工，还通过3D芯片堆叠中的微孔钻孔技术，为延续摩尔定律和开发先进封装技术提供了关键工具。此外，其在柔性电子器件制造中的应用，例如柔性OLED屏幕的激光剥离工艺，进一步加速了可穿戴设备和折叠屏技术的商业化进程。从经济效益看，100W紫外飞秒激光的规模化应用将直接降低精密元器件的单位制造成本。
 
　　随着该项目的推进将显著拉动激光产业链上下游的协同创新与升级。在上游核心材料领域，高功率紫外飞秒激光对非线性晶体（如BBO、LBO）的损伤阈值和光学均匀性提出更高要求，倒逼晶体生长技术向大尺寸、低缺陷密度方向突破。同时，高功率紫外光学镀膜技术面临严苛的耐损伤阈值挑战，推动镀膜工艺升级，以满足高反射率与长寿命需求。
 
　　下游应用端，激光设备厂商需与光学系统集成商、运动控制平台企业深度合作，开发定制化加工头与实时监测模块。这种产业链协同效应不仅加速了国产高端激光器的商业化进程，还可能催生千亿级规模的精密光学元件市场，为光电子产业集群注入新动能。
 
　　未来奥创光子将持续加码半导体高端装备研发投入，携手产业链伙伴共建和谐的创新生态链，为先进制造业转型升级夯实基础！