近日，華日激光承擔的國家十三五重大研發(fā)專項《工業(yè)級皮秒/飛秒激光器關鍵技術研究及產業(yè)化》項目在年度評估會上獲評優(yōu)秀評審項目，其中，飛秒激光器研發(fā)取得階段性新進展。
“在國外生活了20多年，專業(yè)從事飛秒激光器的研發(fā)和生產，工作都是在國際上知名的科研所和高科技公司里，專業(yè)知識得到了扎實的積累，需要一個更大的舞臺去施展，而中國正是激光器應用的主戰(zhàn)場，在這里，廣闊天地，大有可為。” 華日激光飛秒產品線總監(jiān)劉振林博士介紹說，“國家為了科技興國，通過‘千人計劃’積極招收活躍在海外的高科技人才，華工科技聚焦智能制造，十分重視激光先進裝備制造的核心——激光器自主研發(fā)的工業(yè)化應用，整體實力也十分亮眼，在與華工科技方接觸交流十幾分鐘后，我就做出了這樣的決定。”
天時地利人和促成了這個貌似倉促實際深思熟慮的決定。早在2014年底，劉博士應邀回國、回湖北武漢看看，當時的他已驚異于國內激光產業(yè)的發(fā)展速度，2016年7月回國后，當了解到華日激光產品諸如納秒紫外固體激光器飛速發(fā)展，從實驗室里的“陽春白雪”飛入“尋常百姓家”時，各行各業(yè)的廣泛工業(yè)化應用極大地觸動了這位科學家的“事業(yè)心”。
“飛秒激光器國產化，至少可以將國內應用商的使用成本降低30%-40%，而且促進提升國內精密微加工的制造水平。”劉博士進一步解釋道，“比如國內之前有些行業(yè)、有些加工囿于飛秒激光器的昂貴費用，而采用納秒激光器等精細度不夠的激光器，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)實驗室設備、團隊成員歷經3個月陸續(xù)配備到位，這個不足10人的研發(fā)團隊在劉博士的指導下，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，并引發(fā)轟動效應。在當時舉辦的新品發(fā)布會上，華日激光展出了飛秒激光器種子源，這個磚塊大小的產品實際上是飛秒激光器的核心部件，飛秒激光器通過種子源反復放大、出光。工業(yè)用的飛秒激光器種子源一經展出，吸引了激光加工專業(yè)委員會主任王又良等等專業(yè)人士的注意力，“其實就是很多名校或者研究所的研究員也都過來圍觀。”說起當時的盛況，劉博士寥寥數語顯得云淡風輕。
目前，劉博士團隊已經完成了10W飛秒激光器的原理樣機，預計年底推出40W飛秒激光器。事實上，“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前，就已經有多家企業(yè)找上門來，希望該團隊為他們個性設計研發(fā)2W/5W飛秒激光器，“在不影響十三五項目推進進度的前提下，我們會權衡考慮做不做這個。”劉博士如是說。
從匠心到匠藝 做有態(tài)度的“匠人”
當前，各種激光器已經被廣泛應用于工業(yè)加工和醫(yī)療領域，而飛秒超快激光能在極短的時間、極小的空間尺度、極端的物理條件下對物質進行加工，其作為高端微納加工和生命科學領域的理想光源，正逐漸引發(fā)市場的高度關注。
像目前應用比較多的生物醫(yī)學領域，作為超精密外科手術刀，飛秒激光瞬時功率極高，劉博士給出了具象的說法：“飛秒超快激光器單純論峰值功率來講，它相當于三峽大壩的總裝機容量。”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，也可用于無痛牙科治療，一眨眼功夫完成的治療可以避免因溫度變化引起的神經痛感。
雖然劉博士已經有飛秒光纖激光器研發(fā)的13年經驗積淀，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計還是不同的，要得到好的脈沖形狀圖往往需要打破常規(guī)思維。”劉博士總結道，“閱讀文獻，對實驗結果保持敏感性，對數據結果觀察、總結，這個過程中邏輯分析能力同樣很重要。”為了一個很好的脈沖形狀圖，劉博士曾經每天堅持做實驗，歷經1年多的失敗嘗試，終于得到一個好的產品設計。
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。“我覺得個人的一個長處就是跟任何人交流，只要覺得有用的信息，都能從中受益。”劉博士分享了這樣一個事例，在設計飛秒激光器的環(huán)節(jié)中，關于機械設計，他只提了相關要求，當負責機械設計的工程師提交的設計稿比他此前在國外工作時了解到的機械設計要更優(yōu)時，他果斷采用了這位年輕機械工程師的機械設計。
“我是應屆畢業(yè)生，在做實驗時，有時候功率猛地加多了，超大的能量很可能把設備打壞，這時，劉博士會溫和地告誡我們，功率要一級一級慢慢加，做研發(fā)，從想法到落地執(zhí)行，要不急不躁，嚴格按照專業(yè)化的流程腳踏實地推進。” 劉博士團隊一位光學設計工程師說，“他是包容心很強的人，敢于放手讓我們自己做設計、試驗，允許我們在試錯過程中不斷成長，很注重培養(yǎng)我們獨當一面的能力。”
劉博士團隊中一位電源設計工程師介紹說，“劉博士主攻光學設計，但是對于電路控制設計的參數、細節(jié)一樣考慮很全面，一些我沒有注意到的細節(jié)，劉博士注意到都會提醒我設計的時候格外留意。這是一種專業(yè)化的研發(fā)態(tài)度，作為技術人員，我想我會受益終生。”
對于團隊成員的評價，劉博士有自己的一套原則，“作為研發(fā)人員，發(fā)現(xiàn)問題解決問題是首要的，思慮全面、注重細節(jié)也是必要的，這些都沒什么，我每天上班前，我就會把一天要完成的工作想好，然后按照項目時間節(jié)點推進。”劉博士笑著補充道，“個人認為研發(fā)人員因為項目節(jié)點偶爾延時下班，是不需要申請加班的，因為技術人員是跟著項目節(jié)點上下班，而不是像普通職能人員那樣按點上班。不過，不知道這符不符合國內的《勞動法》……”
從實驗室到市場 飛秒激光器市場化之路任重道遠
正如之前馬董事長在前不久與華日激光三位博士的座談中提到的，飛秒激光器已經成為消費電子、OLED、動力電池等朝陽產業(yè)的加工利器，誰掌握了激光器核心技術，誰就擁有了高端精細微加工的話語權，誰就擁有持續(xù)快速發(fā)展的未來。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際市場亮劍、出擊。但是，飛秒激光器從實驗室到市場，還有一大段路要走。
飛秒激光器這樣的高端超快激光器，囿于實驗室設備、人員素質等多方面因素，國外能做到批量制造的鳳毛麟角，華日激光接下來的批量制造之路困難重重。“最重要的是人員素質，我比較擔心大家總想找捷徑，當然，這個想法不是憑空冒出來的，源于一次采購經歷，當時我們給供應商的設計圖紙將相應零部件的尺寸、顏色都明確標出，事實上，他們做出來的東西是南轅北轍。”劉博士攤手苦笑道，“‘存在即真理’，產品設計的每一步都是經過試驗反復論證的，做產品來不得半點小聰明。”
2016年畢業(yè)后就進入劉博士團隊負責光學設計的工程師對于這一點深有體會，“從劉博士身上學到的最重要的除了專業(yè)知識，就是做研究的方法、態(tài)度——不能偷懶，劉博士要求我們實驗中每連一級就要做器件測試，一次實驗要測幾十次，要是因為最后的實驗結果不理想，中途替換一些器件，那么從這個替換的器件開始，后面的所有測試重新來過。”
如果說批量制造需要解決的是內部人員素質問題，那么飛秒超快激光器的市場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品，本身更有價值，但是國內市場更多的可能關注的是價格，而國外市場因為對中國制造的偏見、刻板印象，推廣起來難度可想而知。”劉博士介紹說，“我回國后一個很深的感受是，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公司，銷售人員就2個，而且是每天坐在辦公室成單，所以說，國內外情況不一樣，競爭壓力迥異。”
不過，因飛秒激光最重要的特征是加工的組織中沒有熔融區(qū)，沒有重鑄層，不產生微裂紋，它避免了熱熔化的存在，實現(xiàn)了相對意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應帶來的諸多負面影響，未來將廣泛應用于石英、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在各個行業(yè)不可或缺的制造工藝，包括精密機械、醫(yī)療、3C電子、半導體面板等。
目前，我國是世界上最大的顯示面板與芯片產品消費國；過去8年，作為全國顯示面板“巨頭”的華星光電與天馬，在武漢累計投資達670億元；2016年底，總投資1600億元的國家存儲器芯片項目在光谷動工；可以想象，第一臺工業(yè)用飛秒激光器的成功研發(fā)及未來的產業(yè)化，將帶動同在中國光谷布局的“芯片-顯示-智能終端”全產業(yè)鏈的發(fā)展，有望形成一個萬億級的產業(yè)集群，光谷也將由此成為中國乃至全球最密集的電子信息產業(yè)基地。
“雄關漫漫真如鐵，風物長宜放眼量”，雖然飛秒激光器市場化推廣之路任重道遠，但是為制造的更高榮耀，為中國制造的正名，為中國質造的揚名，相信劉博士團隊及華日激光將以行踐言，一往無前。
從彼岸到此岸 做中國自己的工業(yè)用飛秒激光器
脈寬短、單脈沖能量大、重復頻率高將是未來超快激光技術的主要發(fā)展方向。而長期以來，由于核心技術被國外企業(yè)壟斷，工業(yè)用飛秒激光器一直依賴進口，國內僅有少數實驗室用飛秒激光器，據華日激光市場部同事介紹，國外能做到批量制造飛秒激光器的制造商也是鳳毛麟角，被國外少數制造商壟斷的后果是國內應用商往往需要花費近300萬元高額引進，同時帶來的還有高昂的維護成本及漫長的維護周期。
同時，伴隨3C電子等行業(yè)快速發(fā)展，帶來透明或者半透明材料激光加工的巨大市場需求，單就OLED來說，根據 IHS 研究機構預測，2017年全球 OLED 市場規(guī)模將迅增至 192 億美元，到 2019 年全球 42%的智能手機將搭載 OLED 面板，2020 年智能手機的 OLED 面板營收將增長至 248 億美元，相關的 OLED激光加工設備需求將隨之快速提高。面對國內越來越多、越來越高的精密微細加工需求，飛秒激光器國產化迫在眉睫。
脈寬短、單脈沖能量大、重復頻率高將是未來超快激光技術的主要發(fā)展方向。而長期以來，由于核心技術被國外企業(yè)壟斷，工業(yè)用飛秒激光器一直依賴進口，國內僅有少數實驗室用飛秒激光器，據華日激光市場部同事介紹，國外能做到批量制造飛秒激光器的制造商也是鳳毛麟角，被國外少數制造商壟斷的后果是國內應用商往往需要花費近300萬元高額引進，同時帶來的還有高昂的維護成本及漫長的維護周期。
同時，伴隨3C電子等行業(yè)快速發(fā)展，帶來透明或者半透明材料激光加工的巨大市場需求，單就OLED來說，根據 IHS 研究機構預測，2017年全球 OLED 市場規(guī)模將迅增至 192 億美元，到 2019 年全球 42%的智能手機將搭載 OLED 面板，2020 年智能手機的 OLED 面板營收將增長至 248 億美元，相關的 OLED激光加工設備需求將隨之快速提高。面對國內越來越多、越來越高的精密微細加工需求，飛秒激光器國產化迫在眉睫。
天時地利人和促成了這個貌似倉促實際深思熟慮的決定。早在2014年底，劉博士應邀回國、回湖北武漢看看，當時的他已驚異于國內激光產業(yè)的發(fā)展速度，2016年7月回國后，當了解到華日激光產品諸如納秒紫外固體激光器飛速發(fā)展，從實驗室里的“陽春白雪”飛入“尋常百姓家”時，各行各業(yè)的廣泛工業(yè)化應用極大地觸動了這位科學家的“事業(yè)心”。
“飛秒激光器國產化，至少可以將國內應用商的使用成本降低30%-40%，而且促進提升國內精密微加工的制造水平。”劉博士進一步解釋道，“比如國內之前有些行業(yè)、有些加工囿于飛秒激光器的昂貴費用，而采用納秒激光器等精細度不夠的激光器，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)實驗室設備、團隊成員歷經3個月陸續(xù)配備到位，這個不足10人的研發(fā)團隊在劉博士的指導下，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，并引發(fā)轟動效應。在當時舉辦的新品發(fā)布會上，華日激光展出了飛秒激光器種子源，這個磚塊大小的產品實際上是飛秒激光器的核心部件，飛秒激光器通過種子源反復放大、出光。工業(yè)用的飛秒激光器種子源一經展出，吸引了激光加工專業(yè)委員會主任王又良等等專業(yè)人士的注意力，“其實就是很多名校或者研究所的研究員也都過來圍觀。”說起當時的盛況，劉博士寥寥數語顯得云淡風輕。
目前，劉博士團隊已經完成了10W飛秒激光器的原理樣機，預計年底推出40W飛秒激光器。事實上，“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前，就已經有多家企業(yè)找上門來，希望該團隊為他們個性設計研發(fā)2W/5W飛秒激光器，“在不影響十三五項目推進進度的前提下，我們會權衡考慮做不做這個。”劉博士如是說。
從匠心到匠藝 做有態(tài)度的“匠人”
當前，各種激光器已經被廣泛應用于工業(yè)加工和醫(yī)療領域，而飛秒超快激光能在極短的時間、極小的空間尺度、極端的物理條件下對物質進行加工，其作為高端微納加工和生命科學領域的理想光源，正逐漸引發(fā)市場的高度關注。
像目前應用比較多的生物醫(yī)學領域，作為超精密外科手術刀，飛秒激光瞬時功率極高，劉博士給出了具象的說法：“飛秒超快激光器單純論峰值功率來講，它相當于三峽大壩的總裝機容量。”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，也可用于無痛牙科治療，一眨眼功夫完成的治療可以避免因溫度變化引起的神經痛感。
雖然劉博士已經有飛秒光纖激光器研發(fā)的13年經驗積淀，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計還是不同的，要得到好的脈沖形狀圖往往需要打破常規(guī)思維。”劉博士總結道，“閱讀文獻，對實驗結果保持敏感性，對數據結果觀察、總結，這個過程中邏輯分析能力同樣很重要。”為了一個很好的脈沖形狀圖，劉博士曾經每天堅持做實驗，歷經1年多的失敗嘗試，終于得到一個好的產品設計。
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。“我覺得個人的一個長處就是跟任何人交流，只要覺得有用的信息，都能從中受益。”劉博士分享了這樣一個事例，在設計飛秒激光器的環(huán)節(jié)中，關于機械設計，他只提了相關要求，當負責機械設計的工程師提交的設計稿比他此前在國外工作時了解到的機械設計要更優(yōu)時，他果斷采用了這位年輕機械工程師的機械設計。
“我是應屆畢業(yè)生，在做實驗時，有時候功率猛地加多了，超大的能量很可能把設備打壞，這時，劉博士會溫和地告誡我們，功率要一級一級慢慢加，做研發(fā)，從想法到落地執(zhí)行，要不急不躁，嚴格按照專業(yè)化的流程腳踏實地推進。” 劉博士團隊一位光學設計工程師說，“他是包容心很強的人，敢于放手讓我們自己做設計、試驗，允許我們在試錯過程中不斷成長，很注重培養(yǎng)我們獨當一面的能力。”
對于團隊成員的評價，劉博士有自己的一套原則，“作為研發(fā)人員，發(fā)現(xiàn)問題解決問題是首要的，思慮全面、注重細節(jié)也是必要的，這些都沒什么，我每天上班前，我就會把一天要完成的工作想好，然后按照項目時間節(jié)點推進。”劉博士笑著補充道，“個人認為研發(fā)人員因為項目節(jié)點偶爾延時下班，是不需要申請加班的，因為技術人員是跟著項目節(jié)點上下班，而不是像普通職能人員那樣按點上班。不過，不知道這符不符合國內的《勞動法》……”
從實驗室到市場 飛秒激光器市場化之路任重道遠
正如之前馬董事長在前不久與華日激光三位博士的座談中提到的，飛秒激光器已經成為消費電子、OLED、動力電池等朝陽產業(yè)的加工利器，誰掌握了激光器核心技術，誰就擁有了高端精細微加工的話語權，誰就擁有持續(xù)快速發(fā)展的未來。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際市場亮劍、出擊。但是，飛秒激光器從實驗室到市場，還有一大段路要走。
飛秒激光器這樣的高端超快激光器，囿于實驗室設備、人員素質等多方面因素，國外能做到批量制造的鳳毛麟角，華日激光接下來的批量制造之路困難重重。“最重要的是人員素質，我比較擔心大家總想找捷徑，當然，這個想法不是憑空冒出來的，源于一次采購經歷，當時我們給供應商的設計圖紙將相應零部件的尺寸、顏色都明確標出，事實上，他們做出來的東西是南轅北轍。”劉博士攤手苦笑道，“‘存在即真理’，產品設計的每一步都是經過試驗反復論證的，做產品來不得半點小聰明。”
2016年畢業(yè)后就進入劉博士團隊負責光學設計的工程師對于這一點深有體會，“從劉博士身上學到的最重要的除了專業(yè)知識，就是做研究的方法、態(tài)度——不能偷懶，劉博士要求我們實驗中每連一級就要做器件測試，一次實驗要測幾十次，要是因為最后的實驗結果不理想，中途替換一些器件，那么從這個替換的器件開始，后面的所有測試重新來過。”
如果說批量制造需要解決的是內部人員素質問題，那么飛秒超快激光器的市場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品，本身更有價值，但是國內市場更多的可能關注的是價格，而國外市場因為對中國制造的偏見、刻板印象，推廣起來難度可想而知。”劉博士介紹說，“我回國后一個很深的感受是，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公司，銷售人員就2個，而且是每天坐在辦公室成單，所以說，國內外情況不一樣，競爭壓力迥異。”
不過，因飛秒激光最重要的特征是加工的組織中沒有熔融區(qū)，沒有重鑄層，不產生微裂紋，它避免了熱熔化的存在，實現(xiàn)了相對意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應帶來的諸多負面影響，未來將廣泛應用于石英、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在各個行業(yè)不可或缺的制造工藝，包括精密機械、醫(yī)療、3C電子、半導體面板等。
目前，我國是世界上最大的顯示面板與芯片產品消費國；過去8年，作為全國顯示面板“巨頭”的華星光電與天馬，在武漢累計投資達670億元；2016年底，總投資1600億元的國家存儲器芯片項目在光谷動工；可以想象，第一臺工業(yè)用飛秒激光器的成功研發(fā)及未來的產業(yè)化，將帶動同在中國光谷布局的“芯片-顯示-智能終端”全產業(yè)鏈的發(fā)展，有望形成一個萬億級的產業(yè)集群，光谷也將由此成為中國乃至全球最密集的電子信息產業(yè)基地。
“雄關漫漫真如鐵，風物長宜放眼量”，雖然飛秒激光器市場化推廣之路任重道遠，但是為制造的更高榮耀，為中國制造的正名，為中國質造的揚名，相信劉博士團隊及華日激光將以行踐言，一往無前。
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