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。如何實現微米、納米級精準度的加工？答案之一是飛秒激光。
與傳統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進入了光時代，未來將引領制造業的變革。
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域。數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、醫療美容等方面的應用都十分廣泛，甚至在航空發動機打孔等方面也能大展身手。據悉，現代飛機發動機葉片表面通常會覆蓋一層陶瓷的熱障涂層，采用傳統電火花無法加工，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。與世界制造業大國相比，我國激光在制造業尤其是裝備制造業中的應用比例僅為30%，而美、日比重均為45%以上，德國超過50%。《中國激光產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》預測，隨著我國激光應用領域的不斷擴展及技術進步，2024年我國激光產業整體市場規模將達到4000多億元。
實現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發展的瓶頸。
青島自貿激光正在打破這個瓶頸。創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）“全球六大新創新技術”。
回國創業的曹祥東帶領團隊開發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的全自動鎖模技術打破了行業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定，能夠持續、穩定獲得高能量、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，擁有相關核心發明專利33項（13項在審），實用新型14項（9項在審），形成了系統的專利保護池。
布局飛秒激光產品線
目前，自貿激光專業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、生產、銷售。邴召榮介紹，公司開發的飛秒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。在空間星際衛星數據傳輸、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。
為募集研發資金、建設產業研究院等，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、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療器械取證及后續臨床試驗及市場推廣；2000萬元用于產業研究院建設。
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，創始人曹祥東博士持股33%，青島自貿發展公司占股20%，青島智匯港投資和青島睿谷管理咨詢為高管及核心員工持股平臺，分別占股23.43%和23.32%。邴召榮還透露，公司有上市科創板的打算，目前國內主要激光企業安揚、華日均未上市，上市公司銳科激光2019年營業收入突破20億元。
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