近年來，超精密加工的空間尺度已經被推進到了微米甚至納米級別，比如在1毫米的尺度范圍內刻畫清晰又復雜的二維碼，再比如在特殊材料上打一個1微米的小孔。如何實現(xiàn)微米、納米級精準度的加工？答案之一是飛秒激光。
與傳統(tǒng)機械加工采用刀具和電火花相比，飛秒激光能大幅度提升加工精度，同時飛秒激光加工是“冷激光”，熱效應極小，適用于薄膜、柔性等材料的精細加工。青島自貿激光有限公司總經理邴召榮認為，飛秒激光推動精密加工行業(yè)進入了光時代，未來將引領制造業(yè)的變革。
手握飛秒激光種子源和光芯片的青島自貿激光，正在參與并試圖引領這場變革。
飛秒激光的“冷加工”能量
飛秒激光為何有如此大的能量？
一飛秒是1秒的一千萬億分之一，即使是每秒能飛行30萬千米的真空中的光，在一飛秒內，也只能走300納米。飛秒激光就是輸出激光的脈沖寬度在飛秒級別的脈沖激光器，能以極快速度將其全部能量注入微納米級的作用區(qū)域。數(shù)飛秒間輸出的高密度能量讓飛秒激光與材料相互作用的時間極短，等離子體還沒來得及將能量傳遞給周圍材料，就已經從材料表面被燒蝕掉，不會給周圍的材料帶來熱影響，這種“冷加工”優(yōu)勢使飛秒激光技術在精密鉆孔、精密切割等精密加工領域中應用前景巨大。
“就像這個手機的柔性電路板，只有超快激光能制造。”采訪中，邴召榮來回彎折手中一張金黃色的薄片，上面刻畫著縱橫交錯的細線，排列著微小的、形狀各異的孔洞。這片薄薄的電路板是手機屏幕能夠彎曲、折疊的關鍵，而上面的細線和孔洞都是用超快激光加工而成，既能精密刻畫又能保證不破壞材料本體。
除了用于柔性電路板的精密制造，飛秒激光在激光打標、激光清洗、激光焊接、切割、醫(yī)療美容等方面的應用都十分廣泛，甚至在航空發(fā)動機打孔等方面也能大展身手。據(jù)悉，現(xiàn)代飛機發(fā)動機葉片表面通常會覆蓋一層陶瓷的熱障涂層，采用傳統(tǒng)電火花無法加工，只有“快準狠”的飛秒激光才能在葉片上打微型孔，同時不破壞那層薄薄的陶瓷涂層。
飛秒激光的“冷加工”特點讓其擁有廣闊的市場前景。與世界制造業(yè)大國相比，我國激光在制造業(yè)尤其是裝備制造業(yè)中的應用比例僅為30%，而美、日比重均為45%以上，德國超過50%。《中國激光產業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》預測，隨著我國激光應用領域的不斷擴展及技術進步，2024年我國激光產業(yè)整體市場規(guī)模將達到4000多億元。
實現(xiàn)飛秒激光器全國產化
然而飛秒激光的市場蛋糕并不是那么容易吃到。
邴召榮介紹，由于國內飛秒光纖激光器研究一直處在實驗室階段，核心器件長年依靠進口。國內高端激光器市場基本由通快、相干、IPG等國外廠商掌握，歐美各國對關鍵技術模塊和元器件實行禁運，并抬高相關原材料的價格，飛秒激光裝備的價格居高不下。由此，沒有獨立自主核心技術成為國內飛秒激光產業(yè)發(fā)展的瓶頸。
青島自貿激光正在打破這個瓶頸。創(chuàng)始人曹祥東博士師從美國羅切斯特大學教授Go-vind P. AGRAWAL和貝爾實驗室教授Colin McKinstrie，曾任西門子、北美電信等公司高級技術主管。他研發(fā)的飛秒激光核心技術之一“超高精度色散管理技術”于2012年入選OSA（美國光學學會）“全球六大新創(chuàng)新技術”。
回國創(chuàng)業(yè)的曹祥東帶領團隊開發(fā)出了全世界首個掌上型飛秒激光種子源、中國首臺全光纖飛秒激光器，賦予了自貿激光濃厚的技術色彩。“種子源就像是飛秒激光器的‘火種’，是飛秒激光器的核心。”邴召榮說，中科院高能物理研究所、華中科大、國防科大等多家科研機構都曾購買過自貿激光的種子源產品，就連美國三大光學中心之一——羅切斯特光學中心也曾購買過。
除了激光“種子源”，青島自貿激光還掌握了飛秒激光器“心臟”——光芯片的核心技術，擁有光芯片、算法、控制模塊、控制軟件等全套自主核心技術，器件國產化率95%以上，并預計在2年內可實現(xiàn)100%國產化。
而國內大部分生產廠家的核心技術都是采用國外技術路徑，在技術和產品升級等方面大受掣肘。“比如大部分國內廠家的光芯片都采用德國BATOP公司的進口芯片。”邴召榮說，這些廠家在技術路徑上也都采用國外的被動鎖模技術，而自貿激光自主研發(fā)的全自動鎖模技術打破了行業(yè)內的被動鎖模技術壁壘。邴召榮認為，與之前的技術路徑相比，全自動鎖模技術更加穩(wěn)定，能夠持續(xù)、穩(wěn)定獲得高能量、高峰值率的飛秒級脈沖。
目前，自貿激光掌握了超高精度色散管理技術、全自動鎖模技術、非線性放大技術、全光纖集成技術、模塊化集成封裝技術五大飛秒核心技術，擁有相關核心發(fā)明專利33項（13項在審），實用新型14項（9項在審），形成了系統(tǒng)的專利保護池。
布局飛秒激光產品線
目前，自貿激光專業(yè)從事飛秒光纖激光器及其核心元器件、超快激光應用裝備的研發(fā)、生產、銷售。邴召榮介紹，公司開發(fā)的飛秒PCB/FPC加工器已批量進入華為、蘋果核心供應商工廠，后期變形機種可以陸續(xù)進軍LED、心臟支架、電池薄膜加工、9H鋼化玻璃屏等新材料加工領域。
公司研發(fā)生產的飛秒美容儀已小批量驗證進入臨床驗證階段，預計2022年年中推向市場。在空間星際衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸、飛秒激光碎石、飛秒激光探測技術、太赫茲檢測、航天等領域的應用化方面已經取得初步突破，正在尋求相關產業(yè)合作。
2019年，青島自貿激光年營收2660萬元。邴召榮介紹，按照去年的銷售計劃，本來預計2020年年營收將突破7000萬元，但上半年的疫情影響了訂單，今年以來營收大約2000多萬元。
為募集研發(fā)資金、建設產業(yè)研究院等，青島自貿激光今年計劃融資6000萬元，其中，1600萬元用于飛秒激光器研發(fā)、中試及市場推廣；1400萬元用于飛秒美容及皮膚病治療儀的三級醫(yī)療器械取證及后續(xù)臨床試驗及市場推廣；2000萬元用于產業(yè)研究院建設。
此次募資將擴股2400萬股，新進股東占擴股后的股份為10.7%，公司總估值為5.6億元。目前，創(chuàng)始人曹祥東博士持股33%，青島自貿發(fā)展公司占股20%，青島智匯港投資和青島睿谷管理咨詢?yōu)楦吖芗昂诵膯T工持股平臺，分別占股23.43%和23.32%。邴召榮還透露，公司有上市科創(chuàng)板的打算，目前國內主要激光企業(yè)安揚、華日均未上市，上市公司銳科激光2019年營業(yè)收入突破20億元。
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