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什么是超快激光器

  什么是超快激光器?超快激光器也被称作“超强超短脉冲激光器”、“超短脉冲激光器”等,但我们更愿意称之为“超快激光器”,是因为这个定义与“超快现象”有关。超快现象是指发生在物质微观体系中快速变化的物理、化学或生物过程中的一种现象:在原子分子体系中,原子及分子自身运动的时间尺度大约在皮秒到飞秒量级,如分子转动的周期在皮秒量级,振动的周期约在飞秒量级;当激光脉冲脉宽达到皮秒或飞秒级别,可以在很大程度上避免对分子整体热运动的影响(分子热运动是物质温度的微观本质),而在分子震动的时间尺度上对物质产生影响,使得在达到加工目的的同时,热效应大大降低。

超快激光器
 
  超快激光器是指输出激光的脉宽在皮秒(10-12秒)级别或小于皮秒级别的脉冲激光器,是激光器按照能量输出波形进行分类的一种。激光器有多种分类方法,其中最常用的分类方法有四种,包括以工作物质分类、以能量输出波形(工作方式)分类、以输出波长(颜色)分类、以功率大小分类等。超快激光器根据波长不同,又可以分为红外皮秒、绿光皮秒、紫外皮秒等。
 
  激光器按工作物质分:固体激光器、光纤激光器、气体激光器、燃料激光器、半导体激光器、准分子激光器;按输出波形分:连续激光器、准连续激光器、脉冲激光器(毫秒/纳秒/皮秒/飞秒);按输出波长分:X光激光器、紫外激光器、可见光激光器、红外激光器、按功率大小可分为:高功率激光器、中功率激光器和低功率激光器。
 
  超快激光在真正意义上实现了冷加工,在精密加工方面有显著优势,随着超快激光器的生产工艺逐渐成熟,成本逐渐下降,未来有望广泛的应用于医疗生物、航空航天、消费电子、照明显示、能源环境、精密机械等下游行业。
 
超快激光器
 
  医疗美容:超快激光可用于医疗中的眼科手术设备和美容设备。飞秒激光被用于近视手术,被誉为继波前像差技术之后“屈光手术的又一次革命”。近视患者的眼轴大于正常眼轴,使得在眼球调节松弛状态下,平行光线经眼的屈光系统折射后的焦点落在视网膜之前。飞秒激光手术可以去除眼轴维度上多余的肌肉,使眼轴距离恢复正常。飞秒激光手术具有准确性高、安全性高、稳定性高、手术时间短、舒适性高等优点,已经成为当前最主流的近视手术手段之一。在美容方面,超快激光可用于去除色素和原生痣、去除纹身等,也可以用来改善肌肤的衰老情况。
 
  消费电子:超快激光适用于消费电子制造过程中的硬脆透明材料加工、薄膜加工、精密打标等。手机钢化玻璃和蓝宝石是消费电子原材料中比较有代表性的硬脆透明材料,尤其是蓝宝石,由于其硬度高,脆性大,使用传统的机械加工方式效率和良品率很低;蓝宝石现在已经比较广泛的应用于智能手表、手机摄像头盖板、指纹模组盖板等;纳秒紫外激光和超快激光是目前切割蓝宝石的主要技术手段,超快激光的加工效果比紫外纳秒激光更好。此外,摄像头模组、指纹模组使用的加工方式,也以纳秒和皮秒激光为主。未来柔性手机屏(可折叠屏)的切割、及对应的3D玻璃钻孔,主流技术也大概率是超快激光。超快激光在面板制造中,也有重要应用。OLED偏光片的切割、LCD/OLED制造过程中的剥离及修复,都可使用超快激光。
 
  显示照明:超快激光在显示照明领域的应用主要是指LED晶片的划线和切割,这也是超快激光适合硬脆材料加工的又一例证,超快激光加工的截面平整度高,崩边显著减少,效率和精度都大大提升。
 
  光伏能源:超快激光在光伏电池的制造中应用空间广阔。例如在CIGS薄膜电池的制造中,超快激光可替代原有的机械划线工艺,显著改善划线质量,尤其是对于P2、P3划线环节,可以做到几乎没有崩边现象,也没有裂纹和残余应力。
 
  航空航天:为提高涡轮叶片的性能和使用寿命,进而提高发动机的性能,需要采用气膜冷却技术,这对气膜孔加工技术提出了极高的要求,2018年西安光机所开发出国内最高单脉冲能量的26瓦工业级飞秒光纤激光器,并研制出系列化超快激光极端制造装备,实现了航空发动机涡轮叶片气膜孔的“冷加工”突破,填补了国内空白,这种加工方法较电火花加工等方法精度更高,成品率大大提升。超快激光还可应用于纤维增强复合材料的精密加工,加工精度的提升,有助于碳纤维等复合材料在航空航天等高端领域的应用拓展。
 
  目前超快激光器价格仍较昂贵,我们预计随着其国产化并价格下降,在众多行业中的大规模应用指日可待。国内一部分行业先行者,已经在生产超快激光加工设备,并取得了较好的市场反馈。如德龙激光已推出了基于超快激光技术的OLED模组激光精切设备、超快(皮秒/飞秒)激光打标设备、皮秒红外显示屏玻璃倒角激光加工设备、皮秒红外玻璃晶圆激光切割设备等多种类型产品。

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