激光也被稱為“最快的刀”“最準的尺”，超快激光能在極短時間內獲得巨大的單脈沖能量和極高的峰值功率，在晶圓、顯示屏、藍寶石、太陽能覆膜的切割以及新能源汽車電池原材料等高精度加工領域大有作為。
超快激光技術最早來自歐美國家，在這一細分賽道上，已經聚集了多個老牌選手。中國企業作為后發者，憑借一股鉆勁，正不斷搶占技術高點。
就在本月，國內最大單脈沖能量的工業級光纖飛秒激光器面世，它由武漢華日精密激光股份有限公司（以下簡稱“華日激光”）自主研發。今年1月至今，這家國內超快激光龍頭企業訂單量較去年同期大幅增長，營收保持20%的復合增長。
一次加工時間只有十億分之一秒
在薄如紙片的光伏玻璃上鉆孔
武漢華日精密激光股份有限公司，樊明琦博士（左）在產線上調試光路。記者高勇 攝
光伏玻璃的加工、鋰電池的極耳焊接、全飛秒的近視手術……這些領域往往需要更高的效率、更精細的加工，以及更低的容錯率，對激光設備也提出了更高要求。而超快激光，能在極短時間間隔內，將光聚焦到比頭發直徑還要小的超細微空間區域。
在華日激光國內規模最大的超快激光器生產線上，長江日報記者看到，一個個納秒激光器如枕頭大小，正陸續下線。在高端激光器研發生產和激光應用領域摸爬滾打多年，如今企業激光器產品線涵蓋皮秒、納秒、飛秒等多個領域。
華日激光超快激光實驗室主任陳少祥打了這樣一個比方：納秒、皮秒、飛秒是極短的時間單位。以納秒激光器為例，一個脈沖的時域寬度只有十億分之一秒。
華日激光自主研制的納秒532nm波長綠光激光器，能將加工邊緣精度提升一個量級。在薄如紙片的玻璃材料上，這把“快刀”能鉆出一個個小拇指大小的孔。此前，這一技術僅國外擁有。
就在今年，這款納秒激光器與國外產品同臺競技。華日激光營銷中心總監敬喜勝介紹，這一納秒綠光產品玻璃鉆孔解決方案，已成功批量應用于光伏玻璃24小時自動化產線，訂單不斷。
“對方一口氣預訂了300臺。”敬喜勝說，有客戶將華日激光的設備拿到自動化產線上運行了幾個月，經驗證，跟此前采購的進口激光器性能一樣穩定。
今年以來，在光伏玻璃激光器鉆孔領域，企業迅速搶占市場。目前在這一賽道除了進口激光器，國產激光器使用量最大的就是華日激光生產的綠光激光器，市場占有率約為20%。
國內最大工業級光纖飛秒激光器面世
頭部激光加工企業遞來訂單
工藝人員進行激光玻璃切割做樣。記者高勇 攝
在華日激光超快工藝研發實驗室，安裝有超快激光器的設備，正從一整塊玻璃正中間切割下一塊直徑15厘米的圓形玻璃。記者拿起這塊玻璃，沿邊緣觸摸，沒有普通切割加工易形成的熱度，也沒有毛刺，整個切割過程不到5秒鐘。
為什么切割面如此光滑還不發熱？面對記者的提問，陳少祥介紹，傳統激光是利用光的熱效應對材料進行加工，而超快激光采用的超短脈沖激光，可以在極短的時間內釋放出超百億瓦的脈沖，不會對材料表面造成損傷，并且整個加工過程中理論上不產生熱。
陳少祥舉例說，比如稱為飛機“心臟”的航空發動機，里面很多關鍵部件的刻蝕和微小孔的加工，都需要這把“光刀”。“我們的飛秒激光加工，能夠實現讓航空發動機在超高溫及超高壓等苛刻條件下，一往無前。”
早在10年前，國內同類公司的超快激光器產品還都處于實驗室階段時，華日激光就已提前布局，想要取得領先地位。
2014年，華日激光收購加拿大皮秒激光器公司Attodyne，成為首家成功并購國外超快激光器公司的中國企業。2021年，新加坡南洋理工大學和英國南安普頓大學光電子研究中心光電子專業博士陳少祥，回國加入華日激光，負責研發新型制造領域的核心工具——高功率大能量飛秒激光器，承擔重點計劃項目“百瓦毫焦飛秒激光器”的研發工作。
這些年來，華日激光已組建起一支專注于超快激光器的高水平研發團隊，夜以繼日，陳少祥及更多青年人才正在逐步實現超快激光器核心器件國產化。
今年7月，陳少祥率隊研制的目前國內最大單脈沖能量的工業級光纖飛秒激光器，在第24屆中國國際光電博覽會上首次亮相，關鍵器件實現全部自研。產品一經推出，已接到包括激光加工頭部企業和一些研究所的訂單。
如今在光谷，華日激光正瞄準國外高功率大能量飛秒工業激光器，力爭實現高性能數百瓦數毫焦飛秒激光器的批量生產。與此同時，千瓦飛秒光纖激光器產業化基地正在打造中。
發力僅剩一成份額的“小市場”
瞄準激光科技前沿做大文章
激光設備在進行玻璃鉆孔。記者高勇 攝
“不久的將來，我們有望看到更多飛秒激光器的世界級創新成果從華日激光走下產線。”采訪中，華日激光超快激光實驗室博士樊明琦感慨，在整個激光器市場，專攻“至精至微”的超快激光的企業只占一部分，許多人不愿去做，因為壁壘高、研發投入周期長，市場卻很小。與華中科技大學、光谷實驗室等高校院所的產學研合作，正助力企業在高端飛秒激光器市場更加站穩腳跟。
2021年，包括光谷實驗室在內的首批7個湖北實驗室集中揭牌。其中，光谷實驗室旗幟鮮明提出，重點推進千瓦飛秒光纖激光與EUV相干光源等4大項目聯合科研攻關。
當年下半年，企業和實驗室正式開始“牽手”。實驗室派人常駐華日激光，教授專家“隨叫隨到”，協同攻關一項非線性壓縮技術。
樊明琦介紹，這一技術可被形象地理解為汽車上使用的渦輪增壓器——通過應用該模塊，可在不影響激光器主體輸出穩定性與高光束質量的前提下，獲得50飛秒、500瓦量級的高功率極窄超快脈沖輸出。目前，全球范圍內可提供這種極窄超快脈沖輸出的激光器生產研發被歐美企業壟斷。
經過兩年多的合作，雙方攜手研發的飛秒激光器非線性壓縮模塊已具備行業應用條件，即將走向市場——應用這一模塊后，華日激光生產的飛秒激光器脈寬可壓縮至200飛秒以下、功率超過500瓦，填補了國內空白，具備沖擊國際先進水平的潛力。
顛覆式的創新不止于此。如今，華日激光超快激光實驗室聯合國內頂尖科研院所團隊開發的“OPA飛秒光參量放大器”產品，實現全自主知識產權和全元件國產化，在生物多光子成像、飛秒光譜學、光譜探測等科研領域應用廣泛。此前，這一領域全球市場幾乎被歐洲一家企業壟斷，華日激光就從僅占一成的市場縫隙里“鉆了出來”。就在今年，該產品在國內異軍突起，訂單數較去年增長50%以上。
去年8月，華日激光榮獲國家級專精特新上市后備“金種子”企業稱號。而在我國激光產業的發源地光谷，已集聚激光企業300多家，形成完整的激光產業鏈，企業密度全國領先。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
