工業(yè)利器：超快激光發(fā)展趨勢(shì)與狀況
發(fā)布時(shí)間：2022-09--08
自從激光誕生以來，激光技術(shù)逐漸開始滲透在社會(huì)的各大領(lǐng)域，但是隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，以及市場需求的擴(kuò)大，激光技術(shù)以及漸漸無法滿足生產(chǎn)需求，這也催生了超快激光的應(yīng)用需求的出現(xiàn)。
自20世紀(jì)60年代問世以來，激光已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中的“常規(guī)武器”：在工業(yè)領(lǐng)域，激光可輕松勝任打孔、切割和焊接等工作；在醫(yī)學(xué)上，利用激光的高能量可治療視網(wǎng)膜剝離等外科手術(shù)；在軍事上，提高激光能量可制成威力無窮的光武器。
根據(jù)激光器的工作方式，激光可分為連續(xù)激光和脈沖激光。拿手電筒做個(gè)比方，始終合上按鈕就是連續(xù)工作，迅速一開一關(guān)就相當(dāng)于發(fā)出一個(gè)“光脈沖”。連續(xù)激光的輸出功率一般比較低，適合于激光通信、激光手術(shù)等場合；脈沖激光則具有較大輸出功率，適合于切割和測(cè)距等。
近年來，超短脈沖激光成為激光領(lǐng)域的先端發(fā)展趨勢(shì)。脈沖越短，激光的精度越高、釋放的能量越大。在實(shí)驗(yàn)室里，激光脈沖已達(dá)到飛秒級(jí)別（１飛秒等于千萬億分之一秒）。我們知道，光一秒鐘可穿越30萬千米，但它在100飛秒的時(shí)間內(nèi)，只能通過人的頭發(fā)直徑那么短的距離。不久前，德國耶拿大學(xué)、羅伯特·博世有限公司和通快激光公司聯(lián)合研發(fā)的超短脈沖激光精加工技術(shù)，被授予德國總統(tǒng)未來獎(jiǎng)，博世也成為第一個(gè)將超短脈沖激光投入大規(guī)模應(yīng)用的工業(yè)企業(yè)。
超快激光精密加工有兩大特點(diǎn)。一是“冷加工”。傳統(tǒng)的激光加工術(shù)（包括納米激光）往往會(huì)使金屬、玻璃等加工原材料受熱熔化。皮秒（一皮秒等于1000飛秒）和飛秒激光產(chǎn)生的局部高溫可達(dá)6000攝氏度，比太陽表面溫度還高，受作用材料表面來不及產(chǎn)生熱擴(kuò)散就被直接汽化。二是“超精細(xì)”。超快激光能夠聚焦到超細(xì)微空間區(qū)域，同時(shí)具有極高峰值功率和極短的激光脈沖，加工時(shí)切面整齊、無微裂紋、無材料損傷、無熔融區(qū)域。博世公司使用皮秒激光給柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴精細(xì)鉆孔，讓發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率提高了20%。據(jù)悉，到2013年底，博世將交付約3000萬個(gè)用超快激光加工的汽車零部件。
超快激光的應(yīng)用前景廣闊。智能手機(jī)的觸摸屏最薄只有0.7毫米，使用傳統(tǒng)金剛石切割玻璃基板易產(chǎn)生裂紋和毛刺，用超快激光非接觸冷加工模式能克服這些弊端。超快激光用于太陽能電池的鉆孔、刻線、劃槽以及表面紋理化，可提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。為治療血栓而植入人體動(dòng)脈的支架，有時(shí)會(huì)生長疤痕組織，導(dǎo)致血管再次堵塞，而超快激光器加工制成的支架表面則非常光滑，大大減少了疤痕組織生長的機(jī)會(huì)……在節(jié)能環(huán)保、信息、生物、高端裝備制造業(yè)和新材料等領(lǐng)域，超短脈沖激光都有用武之地。
21世紀(jì)將成為“光的世紀(jì)”。美國全球行業(yè)分析公司預(yù)測(cè)，2015年全球以激光為主的光電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將接近1萬億美元。德國通快激光公司副總裁彼得·萊賓格指出，歷史上最重要的技術(shù)革命都發(fā)生在生產(chǎn)工具領(lǐng)域，它們?cè)诟淖兗夹g(shù)發(fā)展歷程方面的作用比具體產(chǎn)品大得多?！俺堂}沖激光就是這樣一種工具?！?
超快激光有著超短的激光脈沖，在原子能級(jí)研究，激光選鍵化學(xué)等方面都具有重要的應(yīng)用，因此使得超快超強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)的相互作用是是當(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。
