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  • 紫外激光、超快激光的各自應用與發展


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    紫外激光、超快激光的各自應用與發展

    激光器的發明是二十世紀科學技術的一項重大成就,它使人們有能力終于能駕馭尺度極小、數字極大,運動極其混亂的分子和原子的發光過程,從而獲得生產、放大的紅外線,可見光線和紫外線(以致K線和r射線)的能力。激光科學技術的興起,使人們對光的認識和利用達到了一個前史未有的新階段。

    激光器作為所有激光(laser)應用產品的核心部件,是所有激光應用產品的重中之重;而且激光器的種類很多。如:遠紅外激光器、中紅外激光器、近紅外激光器、可見激光器、近紫外激光器、真空紫外激光器、X射線激光器、紫外激光器、超快激光器等。下面,就紫外激光器、超快激光器相關應用與特點與大家共同探討一下。

     

    超快激光代表著當今激光前沿技術的發展方向

    隨著激光技術飛速發展,超快激光出現了人們的視線之中,它具備獨特的超短脈沖、超強特性,能以較低的脈沖能量獲得極高的峰值光強。與傳統長脈沖激光及連續激光不同,超快激光有著超短的激光脈沖,這使得激光脈沖的頻譜寬度相當大。這樣寬的頻譜在進行諸如原子能級研究,激光選鍵化學等方面都具有重要的應用。超快超強激光脈沖與物質的相互作用,是當前最活躍的研究課題之一,代表著當今激光前沿技術的發展方向...超快激光能解決許多常規方法難以達到的高、精、尖、硬、難等加工問題,實現令人驚奇的加工能力、加工質量和加工效率。專家預測,到2020年超快激光器市場總額將超過15億美元,超快激光器正成為全球激光加工的“新寵”。

     

    超快激光主要用于精密加工

    近年來新型小型化超強超快激光技術的迅猛發展,為人類提供了全新的實驗手段與極端的物理條件。超快激光主要用于精密加工。超快脈沖能夠干凈地實現切割加工,并且不破壞周圍區域或形成粗糙的邊緣,被稱為是“冷加工”,在玻璃、藍寶石、熱敏材料、聚合物等應用有較大的優勢,另外,它對加工醫學植入物和實施精細手術至關重要。

    技術的不斷改進已經使超快激光器走出實驗室,進入工業和醫藥行業執行精準細致的加工任務。超快激光器的成功之處在于其能將光能集中到皮秒至飛秒的時間間隔內,并將光聚焦到小空間上。這種聚焦為"在不破壞底層區域的情況下,從材料表面快速、清潔地燒蝕材料"提供了所需要的高光強。

    在工業領域,超快激光冷燒蝕加工適用于一系列材料,包括金屬、半導體、玻璃、晶體和陶瓷等。對加工像玻璃或陶瓷這樣的易碎材料,或者是在渦輪葉片這樣的硬質金屬上清潔地鉆孔這樣的應用來說,這種精確性和精細性的結合至關重要。超快激光的特性為其在醫療領域贏得了一席之地,其不但可用于制作精細的生物醫學設備,如用于冠狀動脈搭橋手術中的支架;還能執行精細的醫療手術,如角膜手術。

     

    紫外激光器非常適合于科研、工業、OEM系統集成開發

    紫外激光器(UV laser),主要應用于先進研究、開發和工業制造裝備,同時廣泛用于生物技術和醫療設備、需要紫外光線輻射的消毒設備?;贜d:YAG/Nd:YVO4晶體開發的DPSS紫外激光器是微加工系統的絕佳選擇,并且廣泛用于印刷電路板和消費電子產品。

     

    用波長和脈沖寬度更短以及低的M2(光束質量)的激光器能創造一個聚焦更集中的光斑,并能保持最小的熱影響區(HAZ),從而實現更精密的微加工。高的能量吸收,尤其是在紫外(UV)波長和短脈沖范圍,材料將被迅速汽化,從而減少熱影響區和炭化。較小的聚焦光斑可以實現精度較高、尺寸較小的加工。

     

    紫外激光器的輸出波長在0.4μm以下,這是處理聚合物材料的主要優點。與紅外加工不同,紫外微處理從本質上來說不是熱處理,而且大多數材料吸收紫外光比吸收紅外光更容易。紫外短波長本身的特性對金屬和聚合物的機械微處理具有優越性.它可以被聚焦到亞微米數量級的點上,因此可以進行細微部件的加工,即使在不高的脈沖能量水平下,也能得到很高的能量密度,有效地進行材料加工,微細孔在工業界中的應用已經相當廣泛。

     

    國產紫外激光器迎來發展機遇

    2016年國內紫外激光器市場快速增長,總銷售數量超過6000臺,同比增長超過70%。除了光譜物理、相干、通快、英諾等外國公司占有高端市場,國內品牌也得到長足發展,華日、英谷、瑞豐恒、道中道等企業都得到了良好的增長。2009年,華日激光開始發展納秒級的紫外激光器,經過8年發展,華日月產納秒級紫外激光器可達到600臺。2015年,華日成功收購加拿大超快激光器公司Attodyne,同時在多倫多建立了全球領先的超快激光器研發中心。去年,不到百人的華日更是創造了一億元的生產總值。武漢華日精密激光股份有限公司總經理何立東把這一切都歸功于緊跟國家的發展戰略:“這是因為我們過去一直按照中國制造2025這么一個想法去做,我們引進千人計劃專家去做紫外激光器,同時我們又在做飛秒激光器這樣的技術,很自然,國家把這樣的課題交給華日來承擔,實際上本身就是一種所得?!?/span>

     

    中國加快超快激光技術攻關

    以皮秒與飛秒激光器為代表的超快激光自2003年后開始了技術應用,工業應用的歷史還沒到10年,歐美等發達國家正在致力于開拓更多的應用。目前,超快激光器市場基本上是外國公司占據主導,以相干、光譜物理、通快、NKT、EKSPLA、Light Conversion、Lumentum、EdgeWave、Amplitude等公司為代表,占有全球近90%的市場份額。目前中國科研院校實驗室、企業的超快激光加工設備所用的超快激光器,基本上也是外國進口產品。

    盡管歐美在這方面占據先機,但是中國政府、科研機構以及企業對超快激光非常重視,正在大力加大投入,攻關難點技術,追趕國際先進水平。吉林大學、清華大學、西安交通大學、中科院物理所/光機所等都在大力推進超快激光科研;安揚、虹拓、卓鐳、華日等國內企業也在大力推進技術產業化。

    去年9月,“十三五國家重點研發計劃專項”—— “工業級皮秒及飛秒共性關鍵技術研究及產業化”確定由華日激光牽頭負責,任務是開發出高光束質量、高可靠性的超快激光器,并實現產業化;開發的超快激光器達到國際同類產品先進水平;形成超快激光器關鍵材料與核心器件的專利池,從實驗室走向產業應用;通過提供國產化、自主知識產權的超快激光器,打破以歐美為首的西方國家在超快激光技術領域對華的技術壟斷和限制,國產化后價格降低40%以上,實現年產值5億以上,有效帶動3C、醫療、光伏、新能源等相關領域的技術和產業發展。

     


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