激光也被稱(chēng)為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”，超快激光能在極短時(shí)間內(nèi)獲得巨大的單脈沖能量和極高的峰值功率，在晶圓、顯示屏、藍(lán)寶石、太陽(yáng)能覆膜的切割以及新能源汽車(chē)電池原材料等高精度加工領(lǐng)域大有作為。

超快激光技術(shù)最早來(lái)自歐美國(guó)家，在這一細(xì)分賽道上，已經(jīng)聚集了多個(gè)老牌選手。中國(guó)企業(yè)作為后發(fā)者，憑借一股鉆勁，正不斷搶占技術(shù)高點(diǎn)。

就在本月，國(guó)內(nèi)最大單脈沖能量的工業(yè)級(jí)光纖飛秒激光器面世，它由武漢華日精密激光股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“華日激光”）自主研發(fā)。今年1月至今，這家國(guó)內(nèi)超快激光龍頭企業(yè)訂單量較去年同期大幅增長(zhǎng)，營(yíng)收保持20%的復(fù)合增長(zhǎng)。

一次加工時(shí)間只有十億分之一秒

在薄如紙片的光伏玻璃上鉆孔

武漢華日精密激光股份有限公司，樊明琦博士（左）在產(chǎn)線上調(diào)試光路。記者高勇 攝

光伏玻璃的加工、鋰電池的極耳焊接、全飛秒的近視手術(shù)……這些領(lǐng)域往往需要更高的效率、更精細(xì)的加工，以及更低的容錯(cuò)率，對(duì)激光設(shè)備也提出了更高要求。而超快激光，能在極短時(shí)間間隔內(nèi)，將光聚焦到比頭發(fā)直徑還要小的超細(xì)微空間區(qū)域。

在華日激光國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的超快激光器生產(chǎn)線上，長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者看到，一個(gè)個(gè)納秒激光器如枕頭大小，正陸續(xù)下線。在高端激光器研發(fā)生產(chǎn)和激光應(yīng)用領(lǐng)域摸爬滾打多年，如今企業(yè)激光器產(chǎn)品線涵蓋皮秒、納秒、飛秒等多個(gè)領(lǐng)域。

華日激光超快激光實(shí)驗(yàn)室主任陳少祥打了這樣一個(gè)比方：納秒、皮秒、飛秒是極短的時(shí)間單位。以納秒激光器為例，一個(gè)脈沖的時(shí)域?qū)挾戎挥惺畠|分之一秒。

華日激光自主研制的納秒532nm波長(zhǎng)綠光激光器，能將加工邊緣精度提升一個(gè)量級(jí)。在薄如紙片的玻璃材料上，這把“快刀”能鉆出一個(gè)個(gè)小拇指大小的孔。此前，這一技術(shù)僅國(guó)外擁有。

就在今年，這款納秒激光器與國(guó)外產(chǎn)品同臺(tái)競(jìng)技。華日激光營(yíng)銷(xiāo)中心總監(jiān)敬喜勝介紹，這一納秒綠光產(chǎn)品玻璃鉆孔解決方案，已成功批量應(yīng)用于光伏玻璃24小時(shí)自動(dòng)化產(chǎn)線，訂單不斷。

“對(duì)方一口氣預(yù)訂了300臺(tái)。”敬喜勝說(shuō)，有客戶將華日激光的設(shè)備拿到自動(dòng)化產(chǎn)線上運(yùn)行了幾個(gè)月，經(jīng)驗(yàn)證，跟此前采購(gòu)的進(jìn)口激光器性能一樣穩(wěn)定。

今年以來(lái)，在光伏玻璃激光器鉆孔領(lǐng)域，企業(yè)迅速搶占市場(chǎng)。目前在這一賽道除了進(jìn)口激光器，國(guó)產(chǎn)激光器使用量最大的就是華日激光生產(chǎn)的綠光激光器，市場(chǎng)占有率約為20%。

國(guó)內(nèi)最大工業(yè)級(jí)光纖飛秒激光器面世

頭部激光加工企業(yè)遞來(lái)訂單

工藝人員進(jìn)行激光玻璃切割做樣。記者高勇 攝

在華日激光超快工藝研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，安裝有超快激光器的設(shè)備，正從一整塊玻璃正中間切割下一塊直徑15厘米的圓形玻璃。記者拿起這塊玻璃，沿邊緣觸摸，沒(méi)有普通切割加工易形成的熱度，也沒(méi)有毛刺，整個(gè)切割過(guò)程不到5秒鐘。

為什么切割面如此光滑還不發(fā)熱？面對(duì)記者的提問(wèn)，陳少祥介紹，傳統(tǒng)激光是利用光的熱效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行加工，而超快激光采用的超短脈沖激光，可以在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出超百億瓦的脈沖，不會(huì)對(duì)材料表面造成損傷，并且整個(gè)加工過(guò)程中理論上不產(chǎn)生熱。

陳少祥舉例說(shuō)，比如稱(chēng)為飛機(jī)“心臟”的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，里面很多關(guān)鍵部件的刻蝕和微小孔的加工，都需要這把“光刀”?！拔覀兊娘w秒激光加工，能夠?qū)崿F(xiàn)讓航空發(fā)動(dòng)機(jī)在超高溫及超高壓等苛刻條件下，一往無(wú)前?！?/p>

早在10年前，國(guó)內(nèi)同類(lèi)公司的超快激光器產(chǎn)品還都處于實(shí)驗(yàn)室階段時(shí)，華日激光就已提前布局，想要取得領(lǐng)先地位。

2014年，華日激光收購(gòu)加拿大皮秒激光器公司Attodyne，成為首家成功并購(gòu)國(guó)外超快激光器公司的中國(guó)企業(yè)。2021年，新加坡南洋理工大學(xué)和英國(guó)南安普頓大學(xué)光電子研究中心光電子專(zhuān)業(yè)博士陳少祥，回國(guó)加入華日激光，負(fù)責(zé)研發(fā)新型制造領(lǐng)域的核心工具——高功率大能量飛秒激光器，承擔(dān)重點(diǎn)計(jì)劃項(xiàng)目“百瓦毫焦飛秒激光器”的研發(fā)工作。

這些年來(lái)，華日激光已組建起一支專(zhuān)注于超快激光器的高水平研發(fā)團(tuán)隊(duì)，夜以繼日，陳少祥及更多青年人才正在逐步實(shí)現(xiàn)超快激光器核心器件國(guó)產(chǎn)化。

今年7月，陳少祥率隊(duì)研制的目前國(guó)內(nèi)最大單脈沖能量的工業(yè)級(jí)光纖飛秒激光器，在第24屆中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)上首次亮相，關(guān)鍵器件實(shí)現(xiàn)全部自研。產(chǎn)品一經(jīng)推出，已接到包括激光加工頭部企業(yè)和一些研究所的訂單。

如今在光谷，華日激光正瞄準(zhǔn)國(guó)外高功率大能量飛秒工業(yè)激光器，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)百瓦數(shù)毫焦飛秒激光器的批量生產(chǎn)。與此同時(shí)，千瓦飛秒光纖激光器產(chǎn)業(yè)化基地正在打造中。

發(fā)力僅剩一成份額的“小市場(chǎng)”

瞄準(zhǔn)激光科技前沿做大文章

激光設(shè)備在進(jìn)行玻璃鉆孔。記者高勇 攝

“不久的將來(lái)，我們有望看到更多飛秒激光器的世界級(jí)創(chuàng)新成果從華日激光走下產(chǎn)線。”采訪中，華日激光超快激光實(shí)驗(yàn)室博士樊明琦感慨，在整個(gè)激光器市場(chǎng)，專(zhuān)攻“至精至微”的超快激光的企業(yè)只占一部分，許多人不愿去做，因?yàn)楸趬靖?、研發(fā)投入周期長(zhǎng)，市場(chǎng)卻很小。與華中科技大學(xué)、光谷實(shí)驗(yàn)室等高校院所的產(chǎn)學(xué)研合作，正助力企業(yè)在高端飛秒激光器市場(chǎng)更加站穩(wěn)腳跟。

2021年，包括光谷實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的首批7個(gè)湖北實(shí)驗(yàn)室集中揭牌。其中，光谷實(shí)驗(yàn)室旗幟鮮明提出，重點(diǎn)推進(jìn)千瓦飛秒光纖激光與EUV相干光源等4大項(xiàng)目聯(lián)合科研攻關(guān)。

當(dāng)年下半年，企業(yè)和實(shí)驗(yàn)室正式開(kāi)始“牽手”。實(shí)驗(yàn)室派人常駐華日激光，教授專(zhuān)家“隨叫隨到”，協(xié)同攻關(guān)一項(xiàng)非線性壓縮技術(shù)。

樊明琦介紹，這一技術(shù)可被形象地理解為汽車(chē)上使用的渦輪增壓器——通過(guò)應(yīng)用該模塊，可在不影響激光器主體輸出穩(wěn)定性與高光束質(zhì)量的前提下，獲得50飛秒、500瓦量級(jí)的高功率極窄超快脈沖輸出。目前，全球范圍內(nèi)可提供這種極窄超快脈沖輸出的激光器生產(chǎn)研發(fā)被歐美企業(yè)壟斷。

經(jīng)過(guò)兩年多的合作，雙方攜手研發(fā)的飛秒激光器非線性壓縮模塊已具備行業(yè)應(yīng)用條件，即將走向市場(chǎng)——應(yīng)用這一模塊后，華日激光生產(chǎn)的飛秒激光器脈寬可壓縮至200飛秒以下、功率超過(guò)500瓦，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具備沖擊國(guó)際先進(jìn)水平的潛力。

顛覆式的創(chuàng)新不止于此。如今，華日激光超快激光實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合國(guó)內(nèi)頂尖科研院所團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的“OPA飛秒光參量放大器”產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和全元件國(guó)產(chǎn)化，在生物多光子成像、飛秒光譜學(xué)、光譜探測(cè)等科研領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此前，這一領(lǐng)域全球市場(chǎng)幾乎被歐洲一家企業(yè)壟斷，華日激光就從僅占一成的市場(chǎng)縫隙里“鉆了出來(lái)”。就在今年，該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)異軍突起，訂單數(shù)較去年增長(zhǎng)50%以上。

去年8月，華日激光榮獲國(guó)家級(jí)專(zhuān)精特新上市后備“金種子”企業(yè)稱(chēng)號(hào)。而在我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地光谷，已集聚激光企業(yè)300多家，形成完整的激光產(chǎn)業(yè)鏈，企業(yè)密度全國(guó)領(lǐng)先。