脈寬短、單脈沖能量大、重復(fù)頻率高將是未來(lái)超快激光技術(shù)的主要發(fā)展方向。而長(zhǎng)期以來(lái),由于核心技術(shù)被國(guó)外企業(yè)壟斷,工業(yè)用飛秒激光器一直依賴進(jìn)口,國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室用飛秒激光器,據(jù)華日激光市場(chǎng)部同事介紹,國(guó)外能做到批量制造飛秒激光器的制造商也是鳳毛麟角,被國(guó)外少數(shù)制造商壟斷的后果是國(guó)內(nèi)應(yīng)用商往往需要花費(fèi)近300萬(wàn)元高額引進(jìn),同時(shí)帶來(lái)的還有高昂的維護(hù)成本及漫長(zhǎng)的維護(hù)周期。
同時(shí),伴隨3C電子等行業(yè)快速發(fā)展,帶來(lái)透明或者半透明材料激光加工的巨大市場(chǎng)需求,單就OLED來(lái)說(shuō),根據(jù) IHS 研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),2017年全球 OLED 市場(chǎng)規(guī)模將迅增至 192 億美元,到 2019 年全球 42%的智能手機(jī)將搭載 OLED 面板,2020 年智能手機(jī)的 OLED 面板營(yíng)收將增長(zhǎng)至 248 億美元,相關(guān)的 OLED激光加工設(shè)備需求將隨之快速提高。面對(duì)國(guó)內(nèi)越來(lái)越多、越來(lái)越高的精密微細(xì)加工需求,飛秒激光器國(guó)產(chǎn)化迫在眉睫。
天時(shí)地利人和促成了這個(gè)貌似倉(cāng)促實(shí)際深思熟慮的決定。早在2014年底,劉博士應(yīng)邀回國(guó)、回湖北武漢看看,當(dāng)時(shí)的他已驚異于國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,2016年7月回國(guó)后,當(dāng)了解到華日激光產(chǎn)品諸如納秒紫外固體激光器飛速發(fā)展,從實(shí)驗(yàn)室里的“陽(yáng)春白雪”飛入“尋常百姓家”時(shí),各行各業(yè)的廣泛工業(yè)化應(yīng)用極大地觸動(dòng)了這位科學(xué)家的“事業(yè)心”。
“飛秒激光器國(guó)產(chǎn)化,至少可以將國(guó)內(nèi)應(yīng)用商的使用成本降低30%-40%,而且促進(jìn)提升國(guó)內(nèi)精密微加工的制造水平。”劉博士進(jìn)一步解釋道,“比如國(guó)內(nèi)之前有些行業(yè)、有些加工囿于飛秒激光器的昂貴費(fèi)用,而采用納秒激光器等精細(xì)度不夠的激光器,加工效果可能就不夠完美,加工水平也不高。”
飛秒激光器研發(fā)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、團(tuán)隊(duì)成員歷經(jīng)3個(gè)月陸續(xù)配備到位,這個(gè)不足10人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在劉博士的指導(dǎo)下,很快地交出了滿意答卷——2017年初,工業(yè)用飛秒激光器種子源亮相2017年上海慕尼黑光博會(huì),并引發(fā)轟動(dòng)效應(yīng)。在當(dāng)時(shí)舉辦的新品發(fā)布會(huì)上,華日激光展出了飛秒激光器種子源,這個(gè)磚塊大小的產(chǎn)品實(shí)際上是飛秒激光器的核心部件,飛秒激光器通過(guò)種子源反復(fù)放大、出光。工業(yè)用的飛秒激光器種子源一經(jīng)展出,吸引了激光加工專業(yè)委員會(huì)主任王又良等等專業(yè)人士的注意力,“其實(shí)就是很多名?;蛘哐芯克难芯繂T也都過(guò)來(lái)圍觀。”說(shuō)起當(dāng)時(shí)的盛況,劉博士寥寥數(shù)語(yǔ)顯得云淡風(fēng)輕。
目前,劉博士團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了10W飛秒激光器的原理樣機(jī),預(yù)計(jì)年底推出40W飛秒激光器。事實(shí)上,“酒香不怕巷子深”,在華日激光還未將飛秒激光器正式推出市場(chǎng)前,就已經(jīng)有多家企業(yè)找上門來(lái),希望該團(tuán)隊(duì)為他們個(gè)性設(shè)計(jì)研發(fā)2W/5W飛秒激光器,“在不影響十三五項(xiàng)目推進(jìn)進(jìn)度的前提下,我們會(huì)權(quán)衡考慮做不做這個(gè)。”劉博士如是說(shuō)。
從匠心到匠藝 做有態(tài)度的“匠人”
當(dāng)前,各種激光器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工和醫(yī)療領(lǐng)域,而飛秒超快激光能在極短的時(shí)間、極小的空間尺度、極端的物理?xiàng)l件下對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加工,其作為高端微納加工和生命科學(xué)領(lǐng)域的理想光源,正逐漸引發(fā)市場(chǎng)的高度關(guān)注。
像目前應(yīng)用比較多的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,作為超精密外科手術(shù)刀,飛秒激光瞬時(shí)功率極高,劉博士給出了具象的說(shuō)法:“飛秒超快激光器單純論峰值功率來(lái)講,它相當(dāng)于三峽大壩的總裝機(jī)容量。”它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域,用于視力矯正手術(shù),也可用于無(wú)痛牙科治療,一眨眼功夫完成的治療可以避免因溫度變化引起的神經(jīng)痛感。
雖然劉博士已經(jīng)有飛秒光纖激光器研發(fā)的13年經(jīng)驗(yàn)積淀,然而,飛秒激光器的研發(fā)并非一條容易的坦途。“飛秒光纖激光器與其他激光器的設(shè)計(jì)還是不同的,要得到好的脈沖形狀圖往往需要打破常規(guī)思維。”劉博士總結(jié)道,“閱讀文獻(xiàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持敏感性,對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果觀察、總結(jié),這個(gè)過(guò)程中邏輯分析能力同樣很重要。”為了一個(gè)很好的脈沖形狀圖,劉博士曾經(jīng)每天堅(jiān)持做實(shí)驗(yàn),歷經(jīng)1年多的失敗嘗試,終于得到一個(gè)好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
解放思想,不僅要打破常規(guī)思維,還要善于接納新思維、新思想、新方法。“我覺(jué)得個(gè)人的一個(gè)長(zhǎng)處就是跟任何人交流,只要覺(jué)得有用的信息,都能從中受益。”劉博士分享了這樣一個(gè)事例,在設(shè)計(jì)飛秒激光器的環(huán)節(jié)中,關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì),他只提了相關(guān)要求,當(dāng)負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計(jì)的工程師提交的設(shè)計(jì)稿比他此前在國(guó)外工作時(shí)了解到的機(jī)械設(shè)計(jì)要更優(yōu)時(shí),他果斷采用了這位年輕機(jī)械工程師的機(jī)械設(shè)計(jì)。
“我是應(yīng)屆畢業(yè)生,在做實(shí)驗(yàn)時(shí),有時(shí)候功率猛地加多了,超大的能量很可能把設(shè)備打壞,這時(shí),劉博士會(huì)溫和地告誡我們,功率要一級(jí)一級(jí)慢慢加,做研發(fā),從想法到落地執(zhí)行,要不急不躁,嚴(yán)格按照專業(yè)化的流程腳踏實(shí)地推進(jìn)。” 劉博士團(tuán)隊(duì)一位光學(xué)設(shè)計(jì)工程師說(shuō),“他是包容心很強(qiáng)的人,敢于放手讓我們自己做設(shè)計(jì)、試驗(yàn),允許我們?cè)谠囧e(cuò)過(guò)程中不斷成長(zhǎng),很注重培養(yǎng)我們獨(dú)當(dāng)一面的能力。”
對(duì)于團(tuán)隊(duì)成員的評(píng)價(jià),劉博士有自己的一套原則,“作為研發(fā)人員,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題是首要的,思慮全面、注重細(xì)節(jié)也是必要的,這些都沒(méi)什么,我每天上班前,我就會(huì)把一天要完成的工作想好,然后按照項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。”劉博士笑著補(bǔ)充道,“個(gè)人認(rèn)為研發(fā)人員因?yàn)轫?xiàng)目節(jié)點(diǎn)偶爾延時(shí)下班,是不需要申請(qǐng)加班的,因?yàn)榧夹g(shù)人員是跟著項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)上下班,而不是像普通職能人員那樣按點(diǎn)上班。不過(guò),不知道這符不符合國(guó)內(nèi)的《勞動(dòng)法》……”
從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng) 飛秒激光器市場(chǎng)化之路任重道遠(yuǎn)
正如之前馬董事長(zhǎng)在前不久與華日激光三位博士的座談中提到的,飛秒激光器已經(jīng)成為消費(fèi)電子、OLED、動(dòng)力電池等朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的加工利器,誰(shuí)掌握了激光器核心技術(shù),誰(shuí)就擁有了高端精細(xì)微加工的話語(yǔ)權(quán),誰(shuí)就擁有持續(xù)快速發(fā)展的未來(lái)。華日激光只有完成了納秒、皮秒、飛秒系列超快激光器的研發(fā),才能更有底氣地在國(guó)際市場(chǎng)亮劍、出擊。但是,飛秒激光器從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng),還有一大段路要走。
飛秒激光器這樣的高端超快激光器,囿于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、人員素質(zhì)等多方面因素,國(guó)外能做到批量制造的鳳毛麟角,華日激光接下來(lái)的批量制造之路困難重重。“最重要的是人員素質(zhì),我比較擔(dān)心大家總想找捷徑,當(dāng)然,這個(gè)想法不是憑空冒出來(lái)的,源于一次采購(gòu)經(jīng)歷,當(dāng)時(shí)我們給供應(yīng)商的設(shè)計(jì)圖紙將相應(yīng)零部件的尺寸、顏色都明確標(biāo)出,事實(shí)上,他們做出來(lái)的東西是南轅北轍。”劉博士攤手苦笑道,“‘存在即真理’,產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每一步都是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)反復(fù)論證的,做產(chǎn)品來(lái)不得半點(diǎn)小聰明。”
2016年畢業(yè)后就進(jìn)入劉博士團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)光學(xué)設(shè)計(jì)的工程師對(duì)于這一點(diǎn)深有體會(huì),“從劉博士身上學(xué)到的最重要的除了專業(yè)知識(shí),就是做研究的方法、態(tài)度——不能偷懶,劉博士要求我們實(shí)驗(yàn)中每連一級(jí)就要做器件測(cè)試,一次實(shí)驗(yàn)要測(cè)幾十次,要是因?yàn)樽詈蟮膶?shí)驗(yàn)結(jié)果不理想,中途替換一些器件,那么從這個(gè)替換的器件開(kāi)始,后面的所有測(cè)試重新來(lái)過(guò)。”
如果說(shuō)批量制造需要解決的是內(nèi)部人員素質(zhì)問(wèn)題,那么飛秒超快激光器的市場(chǎng)化推廣之路要改變的就是外部的“刻板印象”了。“飛秒超快激光器作為高端產(chǎn)品,本身更有價(jià)值,但是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)更多的可能關(guān)注的是價(jià)格,而國(guó)外市場(chǎng)因?yàn)閷?duì)中國(guó)制造的偏見(jiàn)、刻板印象,推廣起來(lái)難度可想而知。”劉博士介紹說(shuō),“我回國(guó)后一個(gè)很深的感受是,華日激光的銷售人員很多,都在外面跑,很辛苦,而我此前就職的美國(guó)公司,銷售人員就2個(gè),而且是每天坐在辦公室成單,所以說(shuō),國(guó)內(nèi)外情況不一樣,競(jìng)爭(zhēng)壓力迥異。”
不過(guò),因飛秒激光最重要的特征是加工的組織中沒(méi)有熔融區(qū),沒(méi)有重鑄層,不產(chǎn)生微裂紋,它避免了熱熔化的存在,實(shí)現(xiàn)了相對(duì)意義上的“冷”加工,大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應(yīng)帶來(lái)的諸多負(fù)面影響,未來(lái)將廣泛應(yīng)用于石英、玻璃、晶體、光纖等各種透明材料的加工,而透明材料的焊接是一個(gè)在各個(gè)行業(yè)不可或缺的制造工藝,包括精密機(jī)械、醫(yī)療、3C電子、半導(dǎo)體面板等。
目前,我國(guó)是世界上最大的顯示面板與芯片產(chǎn)品消費(fèi)國(guó);過(guò)去8年,作為全國(guó)顯示面板“巨頭”的華星光電與天馬,在武漢累計(jì)投資達(dá)670億元;2016年底,總投資1600億元的國(guó)家存儲(chǔ)器芯片項(xiàng)目在光谷動(dòng)工;可以想象,第一臺(tái)工業(yè)用飛秒激光器的成功研發(fā)及未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化,將帶動(dòng)同在中國(guó)光谷布局的“芯片-顯示-智能終端”全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,有望形成一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)集群,光谷也將由此成為中國(guó)乃至全球最密集的電子信息產(chǎn)業(yè)基地。
“雄關(guān)漫漫真如鐵,風(fēng)物長(zhǎng)宜放眼量”,雖然飛秒激光器市場(chǎng)化推廣之路任重道遠(yuǎn),但是為制造的更高榮耀,為中國(guó)制造的正名,為中國(guó)質(zhì)造的揚(yáng)名,相信劉博士團(tuán)隊(duì)及華日激光將以行踐言,一往無(wú)前。
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