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工业利器之超快激光

自20世纪60年代问世以来,激光已经成为人们生产生活中的“常规武器”:在工业领域,激光可轻松胜任打孔、切割和焊接等工作;在医学上,利用激光的高能量可治疗视网膜剥离等外科手术;在军事上,提高激光能量可制成威力无穷的光武器。
 


根据激光器的工作方式,激光可分为连续激光和脉冲激光。拿手电筒做个比方,始终合上按钮就是连续工作,迅速一开一关就相当于发出一个“光脉冲”。连续激光的输出功率一般比较低,适合于激光通信、激光手术等场合;脉冲激光则具有较大输出功率,适合于切割和测距等。 
近年来,超短脉冲激光成为激光领域的先端发展趋势。脉冲越短,激光的精度越高、释放的能量越大。在实验室里,激光脉冲已达到飞秒级别(1飞秒等于千万亿分之一秒)。我们知道,光一秒钟可穿越30万千米,但它在100飞秒的时间内,只能通过人的头发直径那么短的距离。不久前,德国耶拿大学、罗伯特·博世有限公司和通快激光公司联合研发的超短脉冲激光精加工技术,被授予德国总统未来奖,博世也成为第一个将超短脉冲激光投入大规模应用的工业企业。

 


 

超快激光精密加工有两大特点。一是“冷加工”。传统的激光加工术(包括纳米激光)往往会使金属、玻璃等加工原材料受热熔化。皮秒(一皮秒等于1000飞秒)和飞秒激光产生的局部高温可达6000摄氏度,比太阳表面温度还高,受作用材料表面来不及产生热扩散就被直接汽化。二是“超精细”。超快激光能够聚焦到超细微空间区域,同时具有极高峰值功率和极短的激光脉冲,加工时切面整齐、无微裂纹、无材料损伤、无熔融区域。博世公司使用皮秒激光给柴油发动机的喷嘴精细钻孔,让发动机燃油效率提高了20%。据悉,到2013年底,博世将交付约3000万个用超快激光加工的汽车零部件。 
超快激光的应用前景广阔。智能手机的触摸屏最薄只有0.7毫米,使用传统金刚石切割玻璃基板易产生裂纹和毛刺,用超快激光非接触冷加工模式能克服这些弊端。超快激光用于太阳能电池的钻孔、刻线、划槽以及表面纹理化,可提高电池的光电转换效率,降低生产成本。为治疗血栓而植入人体动脉的支架,有时会生长疤痕组织,导致血管再次堵塞,而超快激光器加工制成的支架表面则非常光滑,大大减少了疤痕组织生长的机会……在节能环保、信息、生物、高端装备制造业和新材料等领域,超短脉冲激光都有用武之地。

 

 

21世纪将成为“光的世纪”。美国全球行业分析公司预测,2015年全球以激光为主的光电子产业总产值将接近1万亿美元。德国通快激光公司副总裁彼得·莱宾格指出,历史上最重要的技术革命都发生在生产工具领域,它们在改变技术发展历程方面的作用比具体产品大得多。“超短脉冲激光就是这样一种工具。”

 

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