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紫外激光、超快激光的各自应用与发展

来源:激光制造商情

关键词:紫外激光 超快激光

2017-08-29

激光器的发明是二十世纪科学技术的一项重大成就,它使人们有能力终于能驾驭尺度极小、数字极大,运动极其混乱的分子和原子的发光过程,从而获得生产、放大的红外线,可见光线和紫外线(以致K线和r射线)的能力。激光科学技术的兴起,使人们对光的认识和利用达到了一个前史未有的新阶段。

激光器作为所有激光(laser)应用产品的核心部件,是所有激光应用产品的重中之重;而且激光器的种类很多。如:远红外激光器、中红外激光器、近红外激光器、可见激光器、近紫外激光器、真空紫外激光器、X射线激光器、紫外激光器、超快激光器等。下面,就紫外激光器、超快激光器相关应用与特点与大家共同探讨一下。

 

超快激光代表着当今激光前沿技术的发展方向

随着激光技术飞速发展,超快激光出现了人们的视线之中,它具备独特的超短脉冲、超强特性,能以较低的脉冲能量获得极高的峰值光强。与传统长脉冲激光及连续激光不同,超快激光有着超短的激光脉冲,这使得激光脉冲的频谱宽度相当大。这样宽的频谱在进行诸如原子能级研究,激光选键化学等方面都具有重要的应用。超快超强激光脉冲与物质的相互作用,是当前最活跃的研究课题之一,代表着当今激光前沿技术的发展方向...超快激光能解决许多常规方法难以达到的高、精、尖、硬、难等加工问题,实现令人惊奇的加工能力、加工质量和加工效率。专家预测,到2020年超快激光器市场总额将超过15亿美元,超快激光器正成为全球激光加工的“新宠”。

 

超快激光主要用于精密加工

近年来新型小型化超强超快激光技术的迅猛发展,为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件。超快激光主要用于精密加工。超快脉冲能够干净地实现切割加工,并且不破坏周围区域或形成粗糙的边缘,被称为是“冷加工”,在玻璃、蓝宝石、热敏材料、聚合物等应用有较大的优势,另外,它对加工医学植入物和实施精细手术至关重要。

技术的不断改进已经使超快激光器走出实验室,进入工业和医药行业执行精准细致的加工任务。超快激光器的成功之处在于其能将光能集中到皮秒至飞秒的时间间隔内,并将光聚焦到小空间上。这种聚焦为"在不破坏底层区域的情况下,从材料表面快速、清洁地烧蚀材料"提供了所需要的高光强。

在工业领域,超快激光冷烧蚀加工适用于一系列材料,包括金属、半导体、玻璃、晶体和陶瓷等。对加工像玻璃或陶瓷这样的易碎材料,或者是在涡轮叶片这样的硬质金属上清洁地钻孔这样的应用来说,这种精确性和精细性的结合至关重要。超快激光的特性为其在医疗领域赢得了一席之地,其不但可用于制作精细的生物医学设备,如用于冠状动脉搭桥手术中的支架;还能执行精细的医疗手术,如角膜手术。

 

紫外激光器非常适合于科研、工业、OEM系统集成开发

紫外激光器(UV laser),主要应用于先进研究、开发和工业制造装备,同时广泛用于生物技术和医疗设备、需要紫外光线辐射的消毒设备。基于Nd:YAG/Nd:YVO4晶体开发的DPSS紫外激光器是微加工系统的绝佳选择,并且广泛用于印刷电路板和消费电子产品。

 

用波长和脉冲宽度更短以及低的M2(光束质量)的激光器能创造一个聚焦更集中的光斑,并能保持最小的热影响区(HAZ),从而实现更精密的微加工。高的能量吸收,尤其是在紫外(UV)波长和短脉冲范围,材料将被迅速汽化,从而减少热影响区和炭化。较小的聚焦光斑可以实现精度较高、尺寸较小的加工。

 

紫外激光器的输出波长在0.4μm以下,这是处理聚合物材料的主要优点。与红外加工不同,紫外微处理从本质上来说不是热处理,而且大多数材料吸收紫外光比吸收红外光更容易。紫外短波长本身的特性对金属和聚合物的机械微处理具有优越性.它可以被聚焦到亚微米数量级的点上,因此可以进行细微部件的加工,即使在不高的脉冲能量水平下,也能得到很高的能量密度,有效地进行材料加工,微细孔在工业界中的应用已经相当广泛。

 

国产紫外激光器迎来发展机遇

2016年国内紫外激光器市场快速增长,总销售数量超过6000台,同比增长超过70%。除了光谱物理、相干、通快、英诺等外国公司占有高端市场,国内品牌也得到长足发展,华日、英谷、瑞丰恒、道中道等企业都得到了良好的增长。2009年,华日激光开始发展纳秒级的紫外激光器,经过8年发展,华日月产纳秒级紫外激光器可达到600台。2015年,华日成功收购加拿大超快激光器公司Attodyne,同时在多伦多建立了全球领先的超快激光器研发中心。去年,不到百人的华日更是创造了一亿元的生产总值。武汉华日精密激光股份有限公司总经理何立东把这一切都归功于紧跟国家的发展战略:“这是因为我们过去一直按照中国制造2025这么一个想法去做,我们引进千人计划专家去做紫外激光器,同时我们又在做飞秒激光器这样的技术,很自然,国家把这样的课题交给华日来承担,实际上本身就是一种所得。”

 

中国加快超快激光技术攻关

以皮秒与飞秒激光器为代表的超快激光自2003年后开始了技术应用,工业应用的历史还没到10年,欧美等发达国家正在致力于开拓更多的应用。目前,超快激光器市场基本上是外国公司占据主导,以相干、光谱物理、通快、NKT、EKSPLA、Light Conversion、Lumentum、EdgeWave、Amplitude等公司为代表,占有全球近90%的市场份额。目前中国科研院校实验室、企业的超快激光加工设备所用的超快激光器,基本上也是外国进口产品。

尽管欧美在这方面占据先机,但是中国政府、科研机构以及企业对超快激光非常重视,正在大力加大投入,攻关难点技术,追赶国际先进水平。吉林大学、清华大学、西安交通大学、中科院物理所/光机所等都在大力推进超快激光科研;安扬、虹拓、卓镭、华日等国内企业也在大力推进技术产业化。

去年9月,“十三五国家重点研发计划专项”—— “工业级皮秒及飞秒共性关键技术研究及产业化”确定由华日激光牵头负责,任务是开发出高光束质量、高可靠性的超快激光器,并实现产业化;开发的超快激光器达到国际同类产品先进水平;形成超快激光器关键材料与核心器件的专利池,从实验室走向产业应用;通过提供国产化、自主知识产权的超快激光器,打破以欧美为首的西方国家在超快激光技术领域对华的技术垄断和限制,国产化后价格降低40%以上,实现年产值5亿以上,有效带动3C、医疗、光伏、新能源等相关领域的技术和产业发展。

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