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闖入中國工業(yè)用飛秒激光器“無人區(qū)”——訪華日激光總工程師劉振林

來源:華工科技微視界2017-08-12 我要評論(0 )   

“雄關(guān)漫漫真如鐵,風(fēng)物長宜放眼量”,雖然飛秒激光器市場化推廣之路任重道遠(yuǎn),但是為制造的更高榮耀,為中國制造的正名,為中國質(zhì)造的揚名,相信劉博士團(tuán)隊及華日激光...

近日,華日激光承擔(dān)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(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)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(jìn)展。

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(fù)頻率高將是未來超快激光技術(shù)的主要發(fā)展方向。而長期以來,由于核心技術(shù)被國外企業(yè)壟斷,工業(yè)用飛秒激光器一直依賴進(jìn)口,國內(nèi)僅有少數(shù)實驗室用飛秒激光器,據(jù)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(shù)制造商壟斷的后果是國內(nèi)應(yīng)用商往往需要花費近300萬元高額引進(jìn),同時帶來的還有高昂的維護(hù)成本及漫長的維護(hù)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(jù) IHS 研究機(jī)構(gòu)預(yù)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(jī)將搭載 OLED 面板,2020 年智能手機(jī)的 OLED 面板營收將增長至 248 億美元,相關(guān)的 OLED激光加工設(shè)備需求將隨之快速提高。面對國內(nèi)越來越多、越來越高的精密微細(xì)加工需求,飛秒激光器國產(chǎn)化迫在眉睫。

“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(chǎn),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(yīng)用的主戰(zhàn)場,在這里,廣闊天地,大有可為。” 華日激光飛秒產(chǎn)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(jìn)裝備制造的核心——激光器自主研發(fā)的工業(yè)化應(yīng)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(yīng)邀回國、回湖北武漢看看,當(dāng)時的他已驚異于國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,2016年7月回國后,當(dāng)了解到華日激光產(chǎn)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(yīng)用極大地觸動了這位科學(xué)家的“事業(yè)心”。

“飛秒激光器國產(chǎn)化,至少可以將國內(nèi)應(yīng)用商的使用成本降低30%-40%,而且促進(jìn)提升國內(nèi)精密微加工的制造水平。”劉博士進(jìn)一步解釋道,“比如國內(nèi)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(xì)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(shè)備、團(tuán)隊成員歷經(jīng)3個月陸續(xù)配備到位,這個不足10人的研發(fā)團(tuán)隊在劉博士的指導(dǎo)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(yīng)。在當(dāng)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(chǎn)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(fù)放大、出光。工業(yè)用的飛秒激光器種子源一經(jīng)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?;蛘哐芯克难芯繂T也都過來圍觀。”說起當(dāng)時的盛況,劉博士寥寥數(shù)語顯得云淡風(fēng)輕。


目前,劉博士團(tuán)隊已經(jīng)完成了10W飛秒激光器的原理樣機(jī),預(yù)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(jīng)有多家企業(yè)找上門來,希望該團(tuán)隊為他們個性設(shè)計研發(fā)2W/5W飛秒激光器,“在不影響十三五項目推進(jìn)進(jìn)度的前提下,我們會權(quán)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(dāng)前,各種激光器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工和醫(yī)療領(lǐng)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(zhì)進(jìn)行加工,其作為高端微納加工和生命科學(xué)領(lǐng)域的理想光源,正逐漸引發(fā)市場的高度關(guān)注。

像目前應(yīng)用比較多的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,作為超精密外科手術(shù)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(dāng)于三峽大壩的總裝機(jī)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(shù),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(jīng)痛感。

雖然劉博士已經(jīng)有飛秒光纖激光器研發(fā)的13年經(jīng)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(shè)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(jié)道,“閱讀文獻(xiàn),對實驗結(jié)果保持敏感性,對數(shù)據(jù)結(jié)果觀察、總結(jié),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(jīng)每天堅持做實驗,歷經(jīng)1年多的失敗嘗試,終于得到一個好的產(chǎn)品設(shè)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(shè)計飛秒激光器的環(huán)節(jié)中,關(guān)于機(jī)械設(shè)計,他只提了相關(guān)要求,當(dāng)負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)計的工程師提交的設(shè)計稿比他此前在國外工作時了解到的機(jī)械設(shè)計要更優(yōu)時,他果斷采用了這位年輕機(jī)械工程師的機(jī)械設(shè)計。

 “我是應(yīng)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(shè)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(yán)格按照專業(yè)化的流程腳踏實地推進(jìn)。” 劉博士團(tuán)隊一位光學(xué)設(shè)計工程師說,“他是包容心很強(qiáng)的人,敢于放手讓我們自己做設(shè)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(dāng)一面的能力。”



劉博士團(tuán)隊中一位電源設(shè)計工程師介紹說,“劉博士主攻光學(xué)設(shè)計,但是對于電路控制設(shè)計的參數(shù)、細(xì)節(jié)一樣考慮很全面,一些我沒有注意到的細(xì)節(jié),劉博士注意到都會提醒我設(shè)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(shù)人員,我想我會受益終生。”

對于團(tuán)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(xì)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(jìn)。”劉博士笑著補充道,“個人認(rèn)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(shù)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(nèi)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(yuǎn)

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(jīng)成為消費電子、OLED、動力電池等朝陽產(chǎn)業(yè)的加工利器,誰掌握了激光器核心技術(shù),誰就擁有了高端精細(xì)微加工的話語權(quán),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(shè)備、人員素質(zhì)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(zhì),我比較擔(dān)心大家總想找捷徑,當(dāng)然,這個想法不是憑空冒出來的,源于一次采購經(jīng)歷,當(dāng)時我們給供應(yīng)商的設(shè)計圖紙將相應(yīng)零部件的尺寸、顏色都明確標(biāo)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(chǎn)品設(shè)計的每一步都是經(jīng)過試驗反復(fù)論證的,做產(chǎn)品來不得半點小聰明。”

2016年畢業(yè)后就進(jìn)入劉博士團(tuán)隊負(fù)責(zé)光學(xué)設(shè)計的工程師對于這一點深有體會,“從劉博士身上學(xué)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(jié)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(nèi)部人員素質(zhì)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(chǎn)品,本身更有價值,但是國內(nèi)市場更多的可能關(guān)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(nèi)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(chǎn)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(yīng)帶來的諸多負(fù)面影響,未來將廣泛應(yīng)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(jī)械、醫(yī)療、3C電子、半導(dǎo)體面板等。


目前,我國是世界上最大的顯示面板與芯片產(chǎn)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(dá)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,有望形成一個萬億級的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)基地。

“雄關(guān)漫漫真如鐵,風(fēng)物長宜放眼量”,雖然飛秒激光器市場化推廣之路任重道遠(yuǎn),但是為制造的更高榮耀,為中國制造的正名,為中國質(zhì)造的揚名,相信劉博士團(tuán)隊及華日激光將以行踐言,一往無前。
 
 

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劉振林華日激光飛秒激光器
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