松山湖材料實(shí)驗(yàn)室坐落于粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市的東莞市，布局有前沿科學(xué)研究、公共技術(shù)平臺(tái)和大科學(xué)裝置、創(chuàng)新樣板工廠、粵港澳交叉科學(xué)中心四大核心板塊。目標(biāo)定位為建成有國際影響力的新材料研發(fā)基地、國家物質(zhì)科學(xué)研究的重要組成部分、粵港澳交叉開放的新窗口。其中，創(chuàng)新樣板工廠致力于推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，為科技成果的快速轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化提供強(qiáng)力引擎，同時(shí)通過密切關(guān)注材料產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的研發(fā)難題，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)科技型企業(yè)的科技供給。

光子制造團(tuán)隊(duì)是首批入駐實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)之一，分屬創(chuàng)新樣板工廠。團(tuán)隊(duì)秉承“為世界貢獻(xiàn)光子極端制造設(shè)備與服務(wù)”的理念，同時(shí)借助松山湖材料實(shí)驗(yàn)室在科技成果轉(zhuǎn)化體制、機(jī)制上優(yōu)勢(shì)，為各領(lǐng)域極高精度、極高質(zhì)量、極高效率制造提供關(guān)鍵支撐。

超快激光 未來之光

隨著科技的進(jìn)步和新材料的推廣應(yīng)用，各零部件逐漸向輕、小、精方向發(fā)展。各領(lǐng)域?qū)Σ牧系母呔?、高質(zhì)量的加工需求也越來越高。在這種需求下，傳統(tǒng)的加工方式已經(jīng)無法滿足最新領(lǐng)域的加工需求，而電火花、長脈沖激光等加工方式因加工區(qū)域存在熱影響區(qū)等缺陷，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求與加工效果的高度統(tǒng)一。

超快激光的脈沖寬度極窄、能量密度極高、與材料的作用時(shí)間極短等特點(diǎn)，可解決常規(guī)加工方式難以實(shí)現(xiàn)的高、精、尖、硬、難等加工瓶頸，成為精密精細(xì)制造技術(shù)最佳的選擇。相較于傳統(tǒng)加工方式，超快激光極端制造技術(shù)易操作、高柔性、高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，極大地拓展精密制造的應(yīng)用范圍與潛力，在汽車、電子醫(yī)療、空天、新材料等領(lǐng)域擁有廣泛的適用性，幾乎囊括了國民經(jīng)濟(jì)的方方面面。

超短脈沖激光是指脈寬在10-12秒以下的激光，具有脈沖寬度超短、峰值功率超強(qiáng)、與材料作用時(shí)間極短的等特點(diǎn)，常見的超短脈沖激光有皮秒、飛秒、阿秒激光。

飛秒激光及其時(shí)間量尺度

超快激光的特點(diǎn)：

具有極短的激光脈沖。脈沖持續(xù)時(shí)間接近或小于皮秒量級(jí)。目前激光脈沖最短不過幾個(gè)飛秒（10－15秒，1 飛秒等于一千萬億分之一秒），光在1秒可繞地球七圈半， 1飛秒內(nèi)僅僅傳播0.3微米，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的二百分之一！

具有極高的峰值功率。其電場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于原子內(nèi)庫倫場(chǎng)，具有極高的電場(chǎng)強(qiáng)度，足以使任何材料發(fā)生電離。一個(gè)飛秒激光器甚至可產(chǎn)生高達(dá)1015瓦的峰值功率，而全世界電網(wǎng)的平均功率只不過1012瓦數(shù)量級(jí)。

飛秒激光與材料作用的物理尺度

超短脈沖激光與傳統(tǒng)激光在材料加工方面有哪些優(yōu)勢(shì)？

傳統(tǒng)激光是利用激光能量的熱堆積，使作用區(qū)域材料熔化乃至揮發(fā)，過程中會(huì)產(chǎn)生大量的碎屑、微裂紋等加工缺陷，且激光持續(xù)時(shí)間越久，對(duì)材料的損傷越大。而超短脈沖激光因與材料作用時(shí)間超短，單脈沖能量超強(qiáng)足以使任何材料發(fā)生電離，實(shí)現(xiàn)非熱熔性冷加工，獲得長脈沖激光無法比擬的超精細(xì)、低損傷等加工優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于材料的選擇，超快激光有著更廣泛的適用性，可以適用于金屬、TBC涂層、復(fù)合材料等。

極高的加工精度。區(qū)別于傳統(tǒng)激光的“粗獷型”加工，超快激光是利用激光的強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)直接打斷分子鍵，可以實(shí)現(xiàn)材料的超“精度”冷加工。

長脈沖激光與飛秒激光作用于材料效果對(duì)比（熱影響）

長脈沖激光與飛秒激光作用于材料效果對(duì)比（加工精度）

不忘初心 堅(jiān)持創(chuàng)新

光子制造團(tuán)隊(duì)長期致力于超快激光精密制造領(lǐng)域的研究。在松山湖材料實(shí)驗(yàn)室的支持下，團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出國內(nèi)首條集自動(dòng)上下料、自動(dòng)加工、自動(dòng)清洗三大核心功能為一體的航空動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件超快激光自動(dòng)化加工示范線，通過生產(chǎn)、質(zhì)量、工藝的數(shù)字化生產(chǎn)管理，可為我國空天動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件批量化加工提供可靠保障。

國內(nèi)首條航空動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件超快激光自動(dòng)化加工示范線

為充分發(fā)揮光子制造的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主研制的戰(zhàn)略需求，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室與中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司共建“航空發(fā)動(dòng)機(jī)新材料與高端制造聯(lián)合中心”。在設(shè)計(jì)、制造、材料、檢測(cè)等方面持續(xù)創(chuàng)新，加快新技術(shù)新工藝在空天領(lǐng)域的應(yīng)用，為我國空天推進(jìn)系統(tǒng)不斷升級(jí)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

聯(lián)合工程中心揭牌儀式

在產(chǎn)品研發(fā)層面，團(tuán)隊(duì)結(jié)合已有基礎(chǔ)，針對(duì)各領(lǐng)域?qū)Τ?xì)低損傷的加工需求，相繼研發(fā)出系列化超快激光極端制造裝備，其中適用于航空航天領(lǐng)域的超精細(xì)微孔加工裝備核心指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在國內(nèi)相關(guān)優(yōu)勢(shì)單位取得重大應(yīng)用。

系列化超快激光加工設(shè)備

經(jīng)過多年的研發(fā)，團(tuán)隊(duì)所擁有的技術(shù)在超快激光在精細(xì)加工領(lǐng)域已經(jīng)體現(xiàn)了一定的技術(shù)門檻和優(yōu)勢(shì)。但是也面臨著民用領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)沒有完全的鋪開的局勢(shì)，對(duì)團(tuán)隊(duì)而言，這不僅是目前存在的局限，也是下一步發(fā)展的目標(biāo)。松山湖材料實(shí)驗(yàn)室所處的廣東省、粵港澳大灣區(qū)有著廣闊的民用市場(chǎng)，合作前景廣泛，這對(duì)超快激光精細(xì)加工研究的技術(shù)不斷變現(xiàn)提供了關(guān)鍵支撐。

除了廣東省的地域優(yōu)勢(shì)外，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室也為廣大科研人員提供了眾多優(yōu)惠機(jī)制，鼓勵(lì)科研人員在埋頭攻堅(jiān)科研難題的同時(shí)，注重推動(dòng)科研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

其中，在松山湖材料實(shí)驗(yàn)室的支持下，廣東中科微精光子制造科技有限公司在東莞注冊(cè)成立。公司致力于開發(fā)激光極端精密智能裝備性能，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)超快激光精細(xì)加工研發(fā)技術(shù)與國家、地方的需求對(duì)接，做到真正的難有所研、研有所用。

針對(duì)電子領(lǐng)域開發(fā)的系列化超快激光加工設(shè)備

面對(duì)當(dāng)前復(fù)雜的市場(chǎng)挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)將會(huì)繼續(xù)依托實(shí)驗(yàn)室的良好機(jī)制，聚焦精密制造、精密電子、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。在不斷進(jìn)行科研技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，兼顧與地方企業(yè)進(jìn)行技術(shù)需求對(duì)接，促進(jìn)科研成果更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

未來已來

在“中國制造2025”不斷深化的背景下，傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨深度轉(zhuǎn)型和升級(jí)，其中一個(gè)重要戰(zhàn)略便是轉(zhuǎn)向附加值和技術(shù)壁壘更高的高端精密加工。高重復(fù)頻率、高功率的超快激光以“光能源”和“光工具”作為新加工手段應(yīng)用于材料加工，帶來了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和生產(chǎn)觀念的巨大變革，扮演了一個(gè)創(chuàng)新尖兵的角色。

與整個(gè)激光市場(chǎng)相比，超快激光的份額雖然較小，但是增長速度卻是非常可觀。隨著超快激光器制造和控制技術(shù)的進(jìn)一步成熟，超快激光也將在科研、制造、醫(yī)療、高精度成像等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在下游需求的驅(qū)動(dòng)下，超快激光正在代表先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展方向，引領(lǐng)制造技術(shù)進(jìn)入激光制造的新時(shí)代。