紫外激光、超快激光的各自應(yīng)用與發(fā)展
激光器的發(fā)明是二十世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的一項重大成就，它使人們有能力終于能駕馭尺度極小、數(shù)字極大，運(yùn)動極其混亂的分子和原子的發(fā)光過程，從而獲得生產(chǎn)、放大的紅外線，可見光線和紫外線（以致K線和r射線）的能力。激光科學(xué)技術(shù)的興起，使人們對光的認(rèn)識和利用達(dá)到了一個前史未有的新階段。
激光器作為所有激光(laser)應(yīng)用產(chǎn)品的核心部件，是所有激光應(yīng)用產(chǎn)品的重中之重；而且激光器的種類很多。如：遠(yuǎn)紅外激光器、中紅外激光器、近紅外激光器、可見激光器、近紫外激光器、真空紫外激光器、X射線激光器、紫外激光器、超快激光器等。下面，就紫外激光器、超快激光器相關(guān)應(yīng)用與特點(diǎn)與大家共同探討一下。
超快激光代表著當(dāng)今激光前沿技術(shù)的發(fā)展方向
隨著激光技術(shù)飛速發(fā)展，超快激光出現(xiàn)了人們的視線之中，它具備獨(dú)特的超短脈沖、超強(qiáng)特性，能以較低的脈沖能量獲得極高的峰值光強(qiáng)。與傳統(tǒng)長脈沖激光及連續(xù)激光不同，超快激光有著超短的激光脈沖，這使得激光脈沖的頻譜寬度相當(dāng)大。這樣寬的頻譜在進(jìn)行諸如原子能級研究，激光選鍵化學(xué)等方面都具有重要的應(yīng)用。超快超強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)的相互作用，是當(dāng)前最活躍的研究課題之一，代表著當(dāng)今激光前沿技術(shù)的發(fā)展方向...超快激光能解決許多常規(guī)方法難以達(dá)到的高、精、尖、硬、難等加工問題，實現(xiàn)令人驚奇的加工能力、加工質(zhì)量和加工效率。專家預(yù)測，到2020年超快激光器市場總額將超過15億美元，超快激光器正成為全球激光加工的“新寵”。
超快激光主要用于精密加工
近年來新型小型化超強(qiáng)超快激光技術(shù)的迅猛發(fā)展，為人類提供了全新的實驗手段與極端的物理條件。超快激光主要用于精密加工。超快脈沖能夠干凈地實現(xiàn)切割加工，并且不破壞周圍區(qū)域或形成粗糙的邊緣，被稱為是“冷加工”，在玻璃、藍(lán)寶石、熱敏材料、聚合物等應(yīng)用有較大的優(yōu)勢，另外，它對加工醫(yī)學(xué)植入物和實施精細(xì)手術(shù)至關(guān)重要。
技術(shù)的不斷改進(jìn)已經(jīng)使超快激光器走出實驗室，進(jìn)入工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)執(zhí)行精準(zhǔn)細(xì)致的加工任務(wù)。超快激光器的成功之處在于其能將光能集中到皮秒至飛秒的時間間隔內(nèi)，并將光聚焦到小空間上。這種聚焦為"在不破壞底層區(qū)域的情況下，從材料表面快速、清潔地?zé)g材料"提供了所需要的高光強(qiáng)。
在工業(yè)領(lǐng)域，超快激光冷燒蝕加工適用于一系列材料，包括金屬、半導(dǎo)體、玻璃、晶體和陶瓷等。對加工像玻璃或陶瓷這樣的易碎材料，或者是在渦輪葉片這樣的硬質(zhì)金屬上清潔地鉆孔這樣的應(yīng)用來說，這種精確性和精細(xì)性的結(jié)合至關(guān)重要。超快激光的特性為其在醫(yī)療領(lǐng)域贏得了一席之地，其不但可用于制作精細(xì)的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，如用于冠狀動脈搭橋手術(shù)中的支架；還能執(zhí)行精細(xì)的醫(yī)療手術(shù)，如角膜手術(shù)。
紫外激光器非常適合于科研、工業(yè)、OEM系統(tǒng)集成開發(fā)
紫外激光器(UV laser)，主要應(yīng)用于先進(jìn)研究、開發(fā)和工業(yè)制造裝備，同時廣泛用于生物技術(shù)和醫(yī)療設(shè)備、需要紫外光線輻射的消毒設(shè)備。基于Nd:YAG/Nd:YVO4晶體開發(fā)的DPSS紫外激光器是微加工系統(tǒng)的絕佳選擇，并且廣泛用于印刷電路板和消費(fèi)電子產(chǎn)品。
用波長和脈沖寬度更短以及低的M2（光束質(zhì)量）的激光器能創(chuàng)造一個聚焦更集中的光斑，并能保持最小的熱影響區(qū)（HAZ），從而實現(xiàn)更精密的微加工。高的能量吸收，尤其是在紫外（UV）波長和短脈沖范圍，材料將被迅速汽化，從而減少熱影響區(qū)和炭化。較小的聚焦光斑可以實現(xiàn)精度較高、尺寸較小的加工。
紫外激光器的輸出波長在0．4μm以下，這是處理聚合物材料的主要優(yōu)點(diǎn)。與紅外加工不同，紫外微處理從本質(zhì)上來說不是熱處理，而且大多數(shù)材料吸收紫外光比吸收紅外光更容易。紫外短波長本身的特性對金屬和聚合物的機(jī)械微處理具有優(yōu)越性．它可以被聚焦到亞微米數(shù)量級的點(diǎn)上，因此可以進(jìn)行細(xì)微部件的加工，即使在不高的脈沖能量水平下，也能得到很高的能量密度，有效地進(jìn)行材料加工，微細(xì)孔在工業(yè)界中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。
國產(chǎn)紫外激光器迎來發(fā)展機(jī)遇
2016年國內(nèi)紫外激光器市場快速增長，總銷售數(shù)量超過6000臺，同比增長超過70%。除了光譜物理、相干、通快、英諾等外國公司占有高端市場，國內(nèi)品牌也得到長足發(fā)展，華日、英谷、瑞豐恒、道中道等企業(yè)都得到了良好的增長。2009年，華日激光開始發(fā)展納秒級的紫外激光器，經(jīng)過8年發(fā)展，華日月產(chǎn)納秒級紫外激光器可達(dá)到600臺。2015年，華日成功收購加拿大超快激光器公司Attodyne，同時在多倫多建立了全球領(lǐng)先的超快激光器研發(fā)中心。去年，不到百人的華日更是創(chuàng)造了一億元的生產(chǎn)總值。武漢華日精密激光股份有限公司總經(jīng)理何立東把這一切都?xì)w功于緊跟國家的發(fā)展戰(zhàn)略：“這是因為我們過去一直按照中國制造2025這么一個想法去做，我們引進(jìn)千人計劃專家去做紫外激光器，同時我們又在做飛秒激光器這樣的技術(shù)，很自然，國家把這樣的課題交給華日來承擔(dān)，實際上本身就是一種所得?！?/span>
中國加快超快激光技術(shù)攻關(guān)
以皮秒與飛秒激光器為代表的超快激光自2003年后開始了技術(shù)應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用的歷史還沒到10年，歐美等發(fā)達(dá)國家正在致力于開拓更多的應(yīng)用。目前，超快激光器市場基本上是外國公司占據(jù)主導(dǎo)，以相干、光譜物理、通快、NKT、EKSPLA、Light Conversion、Lumentum、EdgeWave、Amplitude等公司為代表，占有全球近90%的市場份額。目前中國科研院校實驗室、企業(yè)的超快激光加工設(shè)備所用的超快激光器，基本上也是外國進(jìn)口產(chǎn)品。
盡管歐美在這方面占據(jù)先機(jī)，但是中國政府、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)對超快激光非常重視，正在大力加大投入，攻關(guān)難點(diǎn)技術(shù)，追趕國際先進(jìn)水平。吉林大學(xué)、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、中科院物理所/光機(jī)所等都在大力推進(jìn)超快激光科研；安揚(yáng)、虹拓、卓鐳、華日等國內(nèi)企業(yè)也在大力推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
去年9月，“十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計劃專項”—— “工業(yè)級皮秒及飛秒共性關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”確定由華日激光牽頭負(fù)責(zé)，任務(wù)是開發(fā)出高光束質(zhì)量、高可靠性的超快激光器，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；開發(fā)的超快激光器達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平；形成超快激光器關(guān)鍵材料與核心器件的專利池，從實驗室走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；通過提供國產(chǎn)化、自主知識產(chǎn)權(quán)的超快激光器，打破以歐美為首的西方國家在超快激光技術(shù)領(lǐng)域?qū)θA的技術(shù)壟斷和限制，國產(chǎn)化后價格降低40％以上，實現(xiàn)年產(chǎn)值5億以上，有效帶動3C、醫(yī)療、光伏、新能源等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。