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2014年激光技术潮流前瞻:超快激光与增材制造

导读: 转眼间2013年已经过去,新的一年已经开启。那么全球激光产业在2013年里表现如何?2014年又会有哪些技术成为行业关注的焦点呢?

  转眼间2013年已经过去,新的一年已经开启。那么全球激光产业在2013年里表现如何?2014年又会有哪些技术成为行业关注的焦点呢?

  近日,ILS杂志总编David Belforte在其博客中谈到,2013年全球光电及激光产业并没有出现意料之外的震撼,全年表现略显平淡。但是皮秒及飞秒激光加工以及激光增材制造技术表现抢眼,相信在2014年将取得快速的发展。

  一、超快激光——工业加工的利器

  近年来,超短脉冲激光成为激光领域的先端发展趋势。脉冲越短,激光的精度越高、释放的能量越大。在实验室里,激光脉冲已达到飞秒级别(1飞秒等于千万亿分之一秒)。我们知道,光一秒钟可穿越30万千米,但它在100飞秒的时间内,只能通过人的头发直径那么短的距离。不久前,德国耶拿大学、罗伯特·博世有限公司和通快激光公司联合研发的超短脉冲激光精加工技术,被授予德国总统未来奖,博世也成为第一个将超短脉冲激光投入大规模应用的工业企业。

  超快激光精密加工有两大特点。一是“冷加工”。传统的激光加工术(包括纳米激光)往往会使金属、玻璃等加工原材料受热熔化。皮秒(一皮秒等于1000飞秒)和飞秒激光产生的局部高温可达6000摄氏度,比太阳表面温度还高,受作用材料表面来不及产生热扩散就被直接汽化。二是“超精细”。超快激光能够聚焦到超细微空间区域,同时具有极高峰值功率和极短的激光脉冲,加工时切面整齐、无微裂纹、无材料损伤、无熔融区域。博世公司使用皮秒激光给柴油发动机的喷嘴精细钻孔,让发动机燃油效率提高了20%。据悉,到2013年底,博世将交付约3000万个用超快激光加工的汽车零部件。

  超快激光的应用前景广阔。智能手机的触摸屏最薄只有0.7毫米,使用传统金刚石切割玻璃基板易产生裂纹和毛刺,用超快激光非接触冷加工模式能克服这些弊端。超快激光用于太阳能电池的钻孔、刻线、划槽以及表面纹理化,可提高电池的光电转换效率,降低生产成本。为治疗血栓而植入人体动脉的支架,有时会生长疤痕组织,导致血管再次堵塞,而超快激光器加工制成的支架表面则非常光滑,大大减少了疤痕组织生长的机会……在节能环保、信息、生物、高端装备制造业和新材料等领域,超短脉冲激光都有用武之地。

  21世纪将成为“光的世纪”。美国全球行业分析公司预测,2015年全球以激光为主的光电子产业总产值将接近1万亿美元。德国通快激光公司副总裁彼得·莱宾格指出,历史上最重要的技术革命都发生在生产工具领域,它们在改变技术发展历程方面的作用比具体产品大得多。“超短脉冲激光就是这样一种工具。”

  二、超快激光器先驱获2013年Arthur L. Schawlow奖

  美国物理学会(APS;马里兰大学)近日将2013年度激光科学领域Arthur L. Schawlow奖授予著名的科学工程教授Robert Alfano;这一奖项用于表彰其对激光器基础研究所作出的突出贡献。同时超快激光器研究先驱Ursula Keller博士也获得该项殊荣。

  APS特别表彰了Alfano教授"在超快激光器研究领域的先驱性贡献,包括发现超连续光谱如何产生和新型激光器材料,以及在强散射介质脉冲传播方面的研究成果"。他将在十月6-10号于佛罗里达州奥兰多市举行的美国激光科学和光纤学会APS分部年会上接受这一奖项。

  Alfano教授于1982年成立了超快光谱学和激光器研究所并一直担任该研究所主任。除了研究超快激光器技术,他还将光和光子技术应用到生物学、生物医学和浓缩物质系统(他在获奖感言中称其为"强烈散射介质")的研究中。Alfano教授在各类光子研究刊物中发表了700多篇论文,拥有100多项专利,同时还是52名PhD和50名博士后研究员的导师。

  Alfano教授成就斐然,曾于2002年获得了国际光学工程学会(Society of Photo-Instrumentation Engineers)授予的相干生物光子学生物医学光学终身成就奖,凭借其在白光超连续光谱上的发现于2008年获得了美国光学学会(Optical Society)的Charles Hard Townes奖,并于2012年获得第一项Britton Chance生物医学光学大奖,以表彰其在生物学/医学光学技术上的先驱贡献。他最近还获得了刚就职的CCNY校长授予的杰出大奖。

  Keller是ETH Zurich(瑞士联邦理工学院)的一名物理学教授,她在那里带领这一支超快激光物理学研究团队,同时她也是瑞士超快科学NCCR MUST项目的主管。

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