▲華日激光飛秒激光器切割玻璃面板。
光谷實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)與華日激光合作開展相干合束試驗(yàn)。 (本文圖片均為湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 魏錸 攝)
手機(jī)屏幕玻璃蓋板切割后邊緣將更順滑,提高良品率;新能源車用電池電極切割毛刺、卷邊等瑕疵將大幅減少,提升電池安全性……
激光被譽(yù)為“最快的刀”。近年來,具備超快、超強(qiáng)和超寬頻譜特點(diǎn)的飛秒激光技術(shù)日趨成熟,在特種加工、晶圓切割、近視手術(shù)、檢驗(yàn)檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
脈沖寬度和輸出功率,是衡量飛秒激光器水平高低的核心指標(biāo)。盡可能壓縮脈寬的同時(shí)提升功率,是各大研發(fā)機(jī)構(gòu)以及飛秒激光器生產(chǎn)廠商競(jìng)逐的焦點(diǎn)。
日前,光谷企業(yè)華日激光宣布,其與光谷實(shí)驗(yàn)室攜手研發(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)用非線性壓縮模塊后,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500瓦。這款產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白,具備沖擊國際先進(jìn)水平的潛力?!比A日激光超快光纖實(shí)驗(yàn)室主任陳少祥說。借智借力光谷實(shí)驗(yàn)室,華日激光的拳頭產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了“能級(jí)躍升”,研企合作磨出了“更快的刀”。
為飛秒激光器加裝“渦輪增壓器”
華日激光在高端激光器研發(fā)生產(chǎn)和激光應(yīng)用領(lǐng)域摸爬滾打多年,激光器產(chǎn)品線涵蓋皮秒、納秒、飛秒等多個(gè)領(lǐng)域。
梳理其飛秒激光器產(chǎn)品線不難發(fā)現(xiàn),功率超過百瓦的產(chǎn)品僅有2款,且脈寬僅為500到800飛秒,脈寬達(dá)到300飛秒的產(chǎn)品,功率卻不超過100瓦。
“業(yè)界普遍認(rèn)為,激光器的脈寬小于200飛秒,才是‘真’飛秒,而要吸引高端行業(yè)用戶,輸出功率至少要達(dá)到500瓦?!标惿傧樘寡裕}寬和功率兩座大山橫亙?cè)谇?,制約了華日激光沖擊高端的步伐。
轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在2021年。當(dāng)年2月13日召開的湖北省科技創(chuàng)新大會(huì)上,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。5月14日,光谷實(shí)驗(yàn)室理事會(huì)第一次會(huì)議明確提出,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)。
飛秒激光器非線性壓縮模塊,脫胎于光谷實(shí)驗(yàn)室與華日激光的聯(lián)合科研攻關(guān)。
陳少祥介紹,非線性壓縮模塊可被形象地理解為汽車上使用的渦輪增壓器——通過應(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?!皩?duì)華日激光飛秒激光器產(chǎn)品線來說,可謂顛覆性創(chuàng)新?!?/p>
據(jù)了解,當(dāng)前全球范圍內(nèi)可提供極窄超快脈沖輸出的鈦寶石飛秒激光器生產(chǎn)研發(fā)被歐美企業(yè)壟斷。然而其售價(jià)動(dòng)輒超過百萬元,且對(duì)使用環(huán)境要求極其苛刻。更重要的是,鈦寶石飛秒激光器的功率最高僅為10瓦,難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)應(yīng)用。
業(yè)內(nèi)人士指出,光谷實(shí)驗(yàn)室與華日激光攜手推動(dòng)非線性壓縮技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線,無異于在飛秒激光器應(yīng)用領(lǐng)域扔下一顆“重磅炸彈”。憑借這一產(chǎn)品,華日激光有望在高端飛秒激光器市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟。
KPI從“寫論文”轉(zhuǎn)向“產(chǎn)業(yè)化”
“從校企合作到研企合作,科技成果轉(zhuǎn)化的質(zhì)量和效率都有顯著提升?!闭劶凹す夥蔷€性壓縮技術(shù)走向應(yīng)用的過程,華中科技大學(xué)光電學(xué)院、光谷實(shí)驗(yàn)室雙聘教授李政言很是感慨。
事實(shí)上,作為光谷知名激光企業(yè),華日激光很早就與華中科技大學(xué)等本地高校展開合作,推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化。陳少祥回憶,2018年,華日激光就曾向華中科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)提出合作推動(dòng)激光非線性壓縮技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化,受科技成果轉(zhuǎn)化機(jī)制等因素影響,一直難以實(shí)質(zhì)推進(jìn)。
科研端,精密測(cè)量、精密探測(cè)、物質(zhì)反應(yīng)過程觀測(cè)等領(lǐng)域迫切需要飛秒激光器脈寬“再窄一點(diǎn)”;應(yīng)用端,晶圓加工廠、面板生產(chǎn)廠、電池制造廠等企業(yè)迫切需要飛秒激光器輸出功率“再大一點(diǎn)”。
“技術(shù)和市場(chǎng)都有呼聲?!崩钫哉f,華中科技大學(xué)在激光非線性壓縮領(lǐng)域深耕多年,具備深厚的技術(shù)儲(chǔ)備。但機(jī)制和平臺(tái)的缺失,讓科研成果難以從論文變成產(chǎn)品。他說,高校的核心工作是教書育人,對(duì)教師的考核,重點(diǎn)是上了多少課、發(fā)了多少論文。以非線性壓縮技術(shù)為例,相關(guān)科研成果是否應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)端,是否走向市場(chǎng),對(duì)教師考核而言只是“錦上添花”,很難因此充分調(diào)動(dòng)積極性。
“光谷實(shí)驗(yàn)室成立之后,教師被‘解放’了?!比A中科技大學(xué)物理學(xué)院、光谷實(shí)驗(yàn)室雙聘教授張慶斌說。以光谷實(shí)驗(yàn)室聘用教授身份與企業(yè)開展聯(lián)合科研攻關(guān),科研成果有沒有支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為考核重點(diǎn),寫論文反而成了“錦上添花”。
“能為之不斷奮斗的好科研項(xiàng)目,是要么‘上書架’,要么‘上貨架’,當(dāng)然最好是兩者都能上?!崩钫哉f,用論文承載科研成果,體現(xiàn)了自己作為高校教師的價(jià)值。實(shí)現(xiàn)科研成果的轉(zhuǎn)化,同時(shí)解決了企業(yè)關(guān)切的問題,則體現(xiàn)了自己作為光谷實(shí)驗(yàn)室成員的價(jià)值。這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了KPI的轉(zhuǎn)向,讓高校教師更有成就感?!拔覀儾粌H在實(shí)驗(yàn)室里寫出了論文,更在生產(chǎn)線上轉(zhuǎn)化了成果。”
國產(chǎn)高功率飛秒激光器漸行漸近
上月,華日激光攜非線性壓縮模塊公開亮相上海光博會(huì),吸引不少潛在客戶關(guān)注。年內(nèi),該模塊有望開始接單,真正實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用。
李政言說,從2021年下半年雙方正式開始接觸,到去年下半年生產(chǎn)出第一臺(tái)樣機(jī),研企合作經(jīng)歷了很長一段時(shí)間磨合期。
對(duì)標(biāo)的是國際先進(jìn)水平,研發(fā)難度不言而喻。脈寬降不下來、功率升不上來,怎么辦?為提升合作質(zhì)效,光谷實(shí)驗(yàn)室派人常駐華日激光,教授專家“隨叫隨到”,雙方緊密協(xié)同、攜手攻關(guān)。
“研企合作積極、深度,互相毫無保留。”陳少祥說,只有解開束縛創(chuàng)新的枷鎖,雙方才能真正“甩開膀子干”。
非線性壓縮模塊的成功研發(fā)固然值得欣喜,也應(yīng)看到,國際先進(jìn)水平已將脈寬壓縮至個(gè)位數(shù),德國產(chǎn)的飛秒激光器,輸出功率高達(dá)千瓦甚至萬瓦。
對(duì)標(biāo)光谷實(shí)驗(yàn)室提出的“千瓦級(jí)”目標(biāo)任務(wù),新技術(shù)、新產(chǎn)品研發(fā)還有很長一段路要走。在張慶斌教授的帶領(lǐng)下,光谷實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)正與華日激光合作開展相干合束試驗(yàn)。
“一束激光功率和能量有限,把幾束、十幾束甚至幾十束激光‘合’在一起,功率和能量就上去了?!崩钫哉f,相干合束技術(shù)可在保持脈寬恒定的同時(shí),有效提升激光器的功率和能量,目前已具備200瓦、230飛秒的國內(nèi)領(lǐng)先水平。不久的將來,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。
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