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超快激光的发展现状与未来趋势
类别:辅材与设备  日期:2018-10-24  来源:  点击率:936  打印 关闭



近年来,随着技术的不断升级和市场需求的转变,激光技术在消费电子、新型显示、激光内雕、生物医疗等领域获得了越来越多的应用,这些新的需求对激光加工精细度的要求变得更加苛刻。在强大的市场需求力刺激下,超快激光技术不断取得新的突破,并迅速成为行业重点关注的发展方向。



超快激光拥有超短脉冲和超强特性,能够以较低的脉冲能量获得极高的峰值光强。随着超短脉冲啁啾放大技术的出现,超快激光的强度得到了快速提升,激光脉冲的频谱宽度大了许多。性能得到强化后的超快激光在新型粒子加速器、超快高能X射线光源等方面,都有着十分广泛的应用前景。


超快激光发展迅速


提及超快激光,通常情况下是指皮秒和飞秒激光。飞秒和皮秒只是在时间维度上的差别,表示的是在单位时间内一个激光脉冲的脉冲宽度。在进行材料加工时,使用超快激光能够有效避免长脉宽、低强度激光造成材料熔化与持续蒸发现象,可以大大提高加工质量。


 

早在1960年,世界上第一台红宝石激光器的问世为超快激光的研究奠定了基础。1961年,调Q技术在红宝石激光器上首次实现了脉冲宽度为几十纳秒的短激光脉冲输出。到了20世纪60年代中期,红宝石激光锁模和钕玻璃激光锁模的发展,开启了在皮秒时域内现象的研究。从红宝石激光器的出现,借助重要的脉冲调Q,锁模和压缩技术,超快激光经历并实现了纳秒、皮秒、飞秒和阿秒的发展过程。


目前,从全球范围来看,皮秒和飞秒激光器的主要供应商还是通快、相干、光谱物理这些国外大公司。随着超快激光在应用上的快速普及,国内越来越多的公司开始加大在这方面的投入,开始了对国外企业的追赶,其中大族、贝林、华日、安扬激光是其中最具代表性的厂商。


大族激光

大族激光长期以来致力于推进皮秒和飞秒激光器的国产化,并不断加大相关技术的研发投入。早在2015年,大族激光的较大功率皮秒激光器项目便实现了从研发样机到批量生产的重大突破,并成功应用于LED 、蓝宝石的切割。2016年,大族Draco系列皮秒激光器实现了规模销售,在新一代核心光源方面成功打破了国外垄断,在LED晶圆、蓝宝石、玻璃脆性材料切割等领域基本实现了进口替代,为国内超快激光产业作出贡献。


 

对于新兴应用领域,大族激光已经具备了核心激光器产品和自动化设备整合能力,快速跟进并占领市场。大族研发的超快激光设备已经成功应用于OLED产品外形切割、线路修复、盖板成形、3D玻璃外形切割与表面扫光、动力电池涂布及激光焊接等领域,并取得很好的加工效果。据大族相关负责人介绍,大族自主研发的皮秒激光器已经为苹果供货。随着国产手机对玻璃、陶瓷盖板和后盖加工要求的提升,皮秒紫外激光器将释放出更大的市场空间。


大族激光核心小功率超快激光器已经成功实现了量产和应用,大功率超快激光器自主研发也在稳步推进,产基地已启动建设,处于整机测试阶段,效果达国际先进水平,2018年开始量产自研的1kw的光纤激光器和激光加工设备。2018年9月,大族推出首款20W飞秒激光器,该激光器光模式优异,M2<1.3,适用于玻璃、陶瓷等材料的标记与切割、传感器打标、蚀刻、以及金属表面处理领域。


华日激光


华日精密激光是华工科技旗下的一家先进固体激光器制造商,在我国超快激光产业实现产业化、国产化进程中扮演了至关重要的角色。


华日激光超快激光器产品主要应用于金属及非金属材料精细标记加工、LED芯片及FPCB/PCB等的加工、3D打印、ITO膜刻蚀PCB/FPCB的切割与分板、陶瓷材料打孔与划片、玻璃/蓝宝石/晶圆切割、LED衬底晶圆划线、阳极铝打黑等领域。


 

2009年,华日激光引入美国技术团队,大力发展固体激光器端面泵浦及倍频技术,成功研发出国内首台工业应用性能稳定的紫外固体激光器,后期又陆续完成了红外、绿光、紫外等多波段全固态激光器产品的研发。2014年,华日收购Attodyne公司,进一步发展超快激光器技术。2015年,华日成功推出工业用10-50W皮秒超快激光器,并凭借该系列产品迅速抢占市场,产能达到每月100台。2016年,华日承担了国家科技部重点项目“工业级皮秒/飞秒激光器关键技术研究及产业化”,重点发展皮秒/飞秒激光技术。


2017年,华日激光已研制出飞秒激光器种子源,其团队已经完成了10W飞秒激光器的原理样机,后面又推出了40W飞秒激光器。


贝林激光


贝林激光是国内最早从事激光器研发的公司之一,通过多年的努力于2012年成功研制出第一台皮秒激光器,后续又相继推出多款皮秒激光器、紫外固体激光器、纳秒绿光激光器。其中,皮秒激光器产品广泛应用于LED晶圆切割、玻璃切割、指纹膜组切割等精细加工领域。超快激光产品主要应用于精细加工领域,纳秒激光器较多用于精细打标,主要是在3C产品的外壳和内部元器件上;皮秒激光器则更多应用于一些高精度要求的特殊材料精细加工,像LED晶圆、玻璃、陶瓷等材料的精细加工。


在超快激光技术方面,贝林激光如今已经取得一系列独特的自有技术及专利技术。在纳秒激光器方面,有先进的谐振腔设计和激光控制技术,确保激光器能在高功率运转下获得优秀的光束质量和较窄的激光脉宽。特殊的腔内热补偿技术及谐波转换技术可以实现高效稳定的倍频转换。在皮秒激光器方面,有自主开发的光纤种子源技术和独特的放大器技术。


2017年德龙激光将激光器业务并入全资子公司苏州贝林激光有限公司。德龙激光是一个激光设备集成商,和激光器市场有很大的区别,将激光器业务并入贝林激光,实现业务整合重组,达到资源的优化配置。这一举措将丰富贝林激光产品线,延伸产业链,提升产能,获得更强的竞争优势,加速推动贝林的发展。


安扬激光


安扬激光历经7年成功研发并推出成熟可用的皮秒、飞秒脉冲光纤激光器和超连续谱激光器等系列工业超快激光器产品。安扬激光掌握了超快光纤激光器的核心技术,自行研发了90% 以上的核心器件或者模块,拥有核心的专利,核心器件和技术不依赖于进口。安扬激光有特种光纤设计生产团队,具备自行设计和生产特种光纤的能力。同时,安扬激光有自建光纤拉丝塔,目前设计生产了40余种各种用途的特殊光纤,控制了光纤激光器产业链的上游,彻底摆脱西方公司对光纤激光器产业链的控制,保证了供应链的自主安全。


 

目前,安扬公司超快激光设备已成熟应用于手机全面屏切割、玻璃切割、OLED PET膜切割、金刚石切割、玻璃焊接、玻璃振镜消融、FPC PI覆盖膜、PERC太阳能电池、不锈钢打孔、线路板打盲孔等领域。


展望未来


就近年的市场情况来看,短脉冲与超短脉冲激光器是激光领域的一大热点,从事这一领域需要大量资金与人才资源的投入。目前,国内厂家正不断推进国产化替代,在这方面突破也将造福众多下游产业,提升国内激光产业竞争力。




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