超快激光的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)方向
2023-09-16 10:43:54
超快激光的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)方向
近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷升級(jí)和市場(chǎng)需求的轉(zhuǎn)變，激光技術(shù)在消費(fèi)電子、新型顯示、激光內(nèi)雕、生物醫(yī)療等領(lǐng)域獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用，這些新的需求對(duì)激光加工精細(xì)度的要求變得更加苛刻。在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求力刺激下，超快激光技術(shù)不斷取得新的突破，并迅速成為行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的發(fā)展方向。
超快激光擁有超短脈沖和超強(qiáng)特性，能夠以較低的脈沖能量獲得極高的峰值功率。隨著超短脈沖啁啾放大技術(shù)的出現(xiàn)，超快激光的強(qiáng)度得到了快速提升，激光脈沖的頻譜寬度大了許多，性能得到強(qiáng)化后的超快激光在新型粒子加速器、超快高能X射線光源等方面，都有著十分廣泛的應(yīng)用前景。
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超快激光發(fā)展迅速
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提及超快激光，通常情況下是指皮秒和飛秒激光。飛秒和皮秒只是在時(shí)間維度上的差別，表示的是在單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)激光脈沖的脈沖寬度。在進(jìn)行材料加工時(shí)，使用超快激光能夠有效避免長(zhǎng)脈寬、低強(qiáng)度激光造成材料熔化與持續(xù)蒸發(fā)現(xiàn)象，可以大大提高加工質(zhì)量。
早在1960年，世界上第一臺(tái)紅寶石激光器的問(wèn)世為超快激光的研究奠定了基礎(chǔ)。1961年，調(diào)Q技術(shù)在紅寶石激光器上首次實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度為幾十納秒的短激光脈沖輸出。到了20世紀(jì)60年代中期，紅寶石激光鎖模和釹玻璃激光鎖模的發(fā)展，開啟了在皮秒時(shí)域內(nèi)現(xiàn)象的研究。從紅寶石激光器的出現(xiàn)，借助重要的脈沖調(diào)Q，鎖模和壓縮技術(shù)，超快激光經(jīng)歷并實(shí)現(xiàn)了納秒、皮秒、飛秒和阿秒的發(fā)展過(guò)程。
目前，從全球范圍來(lái)看，皮秒和飛秒激光器的主要供應(yīng)商還是通快、相干、光譜物理這些國(guó)外大公司。隨著超快激光在應(yīng)用上的快速普及，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的公司開始加大在這方面的投入，開始了對(duì)國(guó)外企業(yè)的追趕，其中大族、貝林、華日、安揚(yáng)激光是其中最具代表性的廠商。
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大族激光
大族激光長(zhǎng)期以來(lái)致力于推進(jìn)皮秒和飛秒激光器的國(guó)產(chǎn)化，并不斷加大相關(guān)技術(shù)的研發(fā)投入。早在2015年，大族激光的較大功率皮秒激光器項(xiàng)目便實(shí)現(xiàn)了從研發(fā)樣機(jī)到批量生產(chǎn)的重大突破，并成功應(yīng)用于LED 、藍(lán)寶石的切割。2016年，大族Draco系列皮秒激光器實(shí)現(xiàn)了規(guī)模銷售，在新一代核心光源方面成功打破了國(guó)外壟斷，在LED晶圓、藍(lán)寶石、玻璃脆性材料切割等領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代，為國(guó)內(nèi)超快激光產(chǎn)業(yè)作出貢獻(xiàn)。
對(duì)于新興應(yīng)用領(lǐng)域，大族激光已經(jīng)具備了核心激光器產(chǎn)品和自動(dòng)化設(shè)備整合能力，快速跟進(jìn)并占領(lǐng)市場(chǎng)。大族研發(fā)的超快激光設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用于OLED產(chǎn)品外形切割、線路修復(fù)、蓋板成形、3D玻璃外形切割與表面掃光、動(dòng)力電池涂布及激光焊接等領(lǐng)域，并取得很好的加工效果。據(jù)大族相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，大族自主研發(fā)的皮秒激光器已經(jīng)為蘋果供貨。隨著國(guó)產(chǎn)手機(jī)對(duì)玻璃、陶瓷蓋板和后蓋加工要求的提升，皮秒紫外激光器將釋放出更大的市場(chǎng)空間。
大族激光核心小功率超快激光器已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)和應(yīng)用，大功率超快激光器自主研發(fā)也在穩(wěn)步推進(jìn)，產(chǎn)基地已啟動(dòng)建設(shè)，處于整機(jī)測(cè)試階段，效果達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，2018年9月，大族推出首款20W飛秒激光器，該激光器光模式優(yōu)異，M2＜1.3，適用于玻璃、陶瓷等材料的標(biāo)記與切割、傳感器打標(biāo)、蝕刻、以及金屬表面處理領(lǐng)域。
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華日激光
華日精密激光是華工科技旗下的一家先進(jìn)固體激光器制造商，在我國(guó)超快激光產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中扮演了至關(guān)重要的角色。
華日激光超快激光器產(chǎn)品主要應(yīng)用于金屬及非金屬材料精細(xì)標(biāo)記加工、LED芯片及FPCB/PCB等的加工、3D打印、ITO膜刻蝕PCB/FPCB的切割與分板、陶瓷材料打孔與劃片、玻璃/藍(lán)寶石/晶圓切割、LED襯底晶圓劃線、陽(yáng)極鋁打黑等領(lǐng)域。
2009年，華日激光引入美國(guó)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，大力發(fā)展固體激光器端面泵浦及倍頻技術(shù)，成功研發(fā)出國(guó)內(nèi)首臺(tái)工業(yè)應(yīng)用性能穩(wěn)定的紫外固體激光器，后期又陸續(xù)完成了紅外、綠光、紫外等多波段全固態(tài)激光器產(chǎn)品的研發(fā)。2014年，華日收購(gòu)Attodyne公司，進(jìn)一步發(fā)展超快激光器技術(shù)。2015年，華日成功推出工業(yè)用10-50W皮秒超快激光器，并憑借該系列產(chǎn)品迅速搶占市場(chǎng)，產(chǎn)能達(dá)到每月100臺(tái)。2016年，華日承擔(dān)了國(guó)家科技部重點(diǎn)項(xiàng)目“工業(yè)級(jí)皮秒/飛秒激光器關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”，重點(diǎn)發(fā)展皮秒/飛秒激光技術(shù)。2017年，華日激光已研制出飛秒激光器種子源，其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了10W飛秒激光器的原理樣機(jī)，后面又推出了40W飛秒激光器。
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貝林激光
貝林激光是國(guó)內(nèi)最早從事激光器研發(fā)的公司之一，通過(guò)多年的努力于2012年成功研制出第一臺(tái)皮秒激光器，后續(xù)又相繼推出多款皮秒激光器、紫外固體激光器、納秒綠光激光器。其中，皮秒激光器產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于LED晶圓切割、玻璃切割、指紋膜組切割等精細(xì)加工領(lǐng)域。超快激光產(chǎn)品主要應(yīng)用于精細(xì)加工領(lǐng)域，納秒激光器較多用于精細(xì)打標(biāo)，主要是在3C產(chǎn)品的外殼和內(nèi)部元器件上；皮秒激光器則更多應(yīng)用于一些高精度要求的特殊材料精細(xì)加工，像LED晶圓、玻璃、陶瓷等材料的精細(xì)加工。
在超快激光技術(shù)方面，貝林激光如今已經(jīng)取得一系列獨(dú)特的自有技術(shù)及專利技術(shù)。在納秒激光器方面，有先進(jìn)的諧振腔設(shè)計(jì)和激光控制技術(shù)，確保激光器能在高功率運(yùn)轉(zhuǎn)下獲得優(yōu)秀的光束質(zhì)量和較窄的激光脈寬。特殊的腔內(nèi)熱補(bǔ)償技術(shù)及諧波轉(zhuǎn)換技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的倍頻轉(zhuǎn)換。在皮秒激光器方面，有自主開發(fā)的光纖種子源技術(shù)和獨(dú)特的放大器技術(shù)。
2017年德龍激光將激光器業(yè)務(wù)并入全資子公司蘇州貝林激光有限公司。德龍激光是一個(gè)激光設(shè)備集成商，和激光器市場(chǎng)有很大的區(qū)別，將激光器業(yè)務(wù)并入貝林激光，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)整合重組，達(dá)到資源的優(yōu)化配置。這一舉措將豐富貝林激光產(chǎn)品線，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，提升產(chǎn)能，獲得更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，加速推動(dòng)貝林的發(fā)展。
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安揚(yáng)激光
安揚(yáng)激光歷經(jīng)7年成功研發(fā)并推出成熟可用的皮秒、飛秒脈沖光纖激光器和超連續(xù)譜激光器等系列工業(yè)超快激光器產(chǎn)品。安揚(yáng)激光掌握了超快光纖激光器的核心技術(shù)，自行研發(fā)了90％ 以上的核心器件或者模塊，擁有核心的專利，核心器件和技術(shù)不依賴于進(jìn)口。安揚(yáng)激光有特種光纖設(shè)計(jì)生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，具備自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)特種光纖的能力。同時(shí)，安揚(yáng)激光有自建光纖拉絲塔，目前設(shè)計(jì)生產(chǎn)了40余種各種用途的特殊光纖，控制了光纖激光器產(chǎn)業(yè)鏈的上游，徹底擺脫西方公司對(duì)光纖激光器產(chǎn)業(yè)鏈的控制，保證了供應(yīng)鏈的自主安全。
目前，安揚(yáng)公司超快激光設(shè)備已成熟應(yīng)用于手機(jī)全面屏切割、玻璃切割、OLED PET膜切割、金剛石切割、玻璃焊接、玻璃振鏡消融、FPC PI覆蓋膜、PERC太陽(yáng)能電池、不銹鋼打孔、線路板打盲孔等領(lǐng)域。
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展望未來(lái)
就近年的市場(chǎng)情況來(lái)看，短脈沖與超短脈沖激光器是激光領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，從事這一領(lǐng)域需要大量資金與人才資源的投入。目前，國(guó)內(nèi)廠家正不斷推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化替代，在這方面突破也將造福眾多下游產(chǎn)業(yè)，提升國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。