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闯入中国工业用飞秒激光器“无人区”

导读: 近日,华工科技承担的国家十三五重大研发专项《工业级皮秒/飞秒激光器关键技术研究及产业化》项目在年度评估会上获评优秀评审项目。

近日,华工科技承担的国家十三五重大研发专项《工业级皮秒/飞秒激光器关键技术研究及产业化》项目在年度评估会上获评优秀评审项目,这也是此次评估的23个项目中唯一一个获评优秀的评审项目,其中,飞秒激光器研发取得阶段性新进展。

从彼岸到此岸 做中国自己的工业用飞秒激光

脉宽短、单脉冲能量大、重复频率高将是未来超快激光技术的主要发展方向。而长期以来,由于核心技术被国外企业垄断,工业用飞秒激光器一直依赖进口,国内仅有少数实验室用飞秒激光器,据华日激光市场部同事介绍,国外能做到批量制造飞秒激光器的制造商也是凤毛麟角,被国外少数制造商垄断的后果是国内应用商往往需要花费近300万元高额引进,同时带来的还有高昂的维护成本及漫长的维护周期。

同时,伴随3C电子等行业快速发展,带来透明或者半透明材料激光加工的巨大市场需求,单就OLED来说,根据 IHS 研究机构预测,2017年全球 OLED 市场规模将迅增至 192 亿美元,到 2019 年全球 42%的智能手机将搭载 OLED 面板,2020 年智能手机的 OLED 面板营收将增长至 248 亿美元,相关的 OLED激光加工设备需求将随之快速提高。面对国内越来越多、越来越高的精密微细加工需求,飞秒激光器国产化迫在眉睫。

“在国外生活了20多年,专业从事飞秒激光器的研发和生产,工作都是在国际上知名的科研所和高科技公司里,专业知识得到了扎实的积累,需要一个更大的舞台去施展,而中国正是激光器应用的主战场,在这里,广阔天地,大有可为。” 华日激光飞秒产品线总监刘振林博士介绍说,“国家为了科技兴国,通过‘千人计划’积极招收活跃在海外的高科技人才,华工科技聚焦智能制造,十分重视激光先进装备制造的核心——激光器自主研发的工业化应用,整体实力也十分亮眼,在与华工科技方接触交流十几分钟后,我就做出了这样的决定。”

天时地利人和促成了这个貌似仓促实际深思熟虑的决定。早在2014年底,刘博士应邀回国、回湖北武汉看看,当时的他已惊异于国内激光产业的发展速度,2016年7月回国后,当了解到华日激光产品诸如纳秒紫外固体激光器飞速发展,从实验室里的“阳春白雪”飞入“寻常百姓家”时,各行各业的广泛工业化应用极大地触动了这位科学家的“事业心”。

“飞秒激光器国产化,至少可以将国内应用商的使用成本降低30%-40%,而且促进提升国内精密微加工的制造水平。”刘博士进一步解释道,“比如国内之前有些行业、有些加工囿于飞秒激光器的昂贵费用,而采用纳秒激光器等精细度不够的激光器,加工效果可能就不够完美,加工水平也不高。”

飞秒激光器研发实验室设备、团队成员历经3个月陆续配备到位,这个不足10人的研发团队在刘博士的指导下,很快地交出了满意答卷——2017年初,工业用飞秒激光器种子源亮相2017年上海慕尼黑光博会,并引发轰动效应。在当时举办的新品发布会上,华日激光展出了飞秒激光器种子源,这个砖块大小的产品实际上是飞秒激光器的核心部件,飞秒激光器通过种子源反复放大、出光。工业用的飞秒激光器种子源一经展出,吸引了激光加工专业委员会主任王又良等等专业人士的注意力,“其实就是很多名校或者研究所的研究员也都过来围观。”说起当时的盛况,刘博士寥寥数语显得云淡风轻。

目前,刘博士团队已经完成了10W飞秒激光器的原理样机,预计年底推出40W飞秒激光器。事实上,“酒香不怕巷子深”,在华日激光还未将飞秒激光器正式推出市场前,就已经有多家企业找上门来,希望该团队为他们个性设计研发2W/5W飞秒激光器,“在不影响十三五项目推进进度的前提下,我们会权衡考虑做不做这个。”刘博士如是说。

从匠心到匠艺 做有态度的“匠人”

当前,各种激光器已经被广泛应用于工业加工和医疗领域,而飞秒超快激光能在极短的时间、极小的空间尺度、极端的物理条件下对物质进行加工,其作为高端微纳加工和生命科学领域的理想光源,正逐渐引发市场的高度关注。

像目前应用比较多的生物医学领域,作为超精密外科手术刀,飞秒激光瞬时功率极高,刘博士给出了具象的说法:“飞秒超快激光器单纯论峰值功率来讲,它相当于三峡大坝的总装机容量。”它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域,用于视力矫正手术,也可用于无痛牙科治疗,一眨眼功夫完成的治疗可以避免因温度变化引起的神经痛感。

虽然刘博士已经有飞秒光纤激光器研发的13年经验积淀,然而,飞秒激光器的研发并非一条容易的坦途。“飞秒光纤激光器与其他激光器的设计还是不同的,要得到好的脉冲形状图往往需要打破常规思维。”刘博士总结道,“阅读文献,对实验结果保持敏感性,对数据结果观察、总结,这个过程中逻辑分析能力同样很重要。”为了一个很好的脉冲形状图,刘博士曾经每天坚持做实验,历经1年多的失败尝试,终于得到一个好的产品设计。

解放思想,不仅要打破常规思维,还要善于接纳新思维、新思想、新方法。“我觉得个人的一个长处就是跟任何人交流,只要觉得有用的信息,都能从中受益。”刘博士分享了这样一个事例,在设计飞秒激光器的环节中,关于机械设计,他只提了相关要求,当负责机械设计的工程师提交的设计稿比他此前在国外工作时了解到的机械设计要更优时,他果断采用了这位年轻机械工程师的机械设计。

“我是应届毕业生,在做实验时,有时候功率猛地加多了,超大的能量很可能把设备打坏,这时,刘博士会温和地告诫我们,功率要一级一级慢慢加,做研发,从想法到落地执行,要不急不躁,严格按照专业化的流程脚踏实地推进。” 刘博士团队一位光学设计工程师说,“他是包容心很强的人,敢于放手让我们自己做设计、试验,允许我们在试错过程中不断成长,很注重培养我们独当一面的能力。”

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