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(chǎng)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(guó)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(guó)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(yáng)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(yáng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)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(guó)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。“超短脈沖激光就是這樣一種工具。”
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