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新聞詳細

工業(yè)利器:超快激光

來源:  發(fā)布時間:2018-04-01

  【摘要】 自20世紀60年代問世以來,激光已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中的“常規(guī)武器”:在工業(yè)領域,激光可輕松勝任打孔、切割和焊接等工作;在醫(yī)學上,利用激光的高能量可治療視網(wǎng)膜剝離等外科手術
自從激光誕生以來,激光技術逐漸開始滲透在社會的各大領域,但是隨著社會的不斷進步,以及市場需求的擴大,激光技術以及漸漸無法滿足生產(chǎn)需求,這也催生了超快激光的應用需求的出現(xiàn)。
自20世紀60年代問世以來,激光已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中的“常規(guī)武器”:在工業(yè)領域,激光可輕松勝任打孔、切割和焊接等工作;在醫(yī)學上,利用激光的高能量可治療視網(wǎng)膜剝離等外科手術;在軍事上,提高激光能量可制成威力無窮的光武器。


根據(jù)激光器的工作方式,激光可分為連續(xù)激光和脈沖激光。拿手電筒做個比方,始終合上按鈕就是連續(xù)工作,迅速一開一關就相當于發(fā)出一個“光脈沖”。連續(xù)激光的輸出功率一般比較低,適合于激光通信、激光手術等場合;脈沖激光則具有較大輸出功率,適合于切割和測距等。
近年來,超短脈沖激光成為激光領域的先端發(fā)展趨勢。脈沖越短,激光的精度越高、釋放的能量越大。在實驗室里,激光脈沖已達到飛秒級別(1飛秒等于千萬億分之一秒)。我們知道,光一秒鐘可穿越30萬千米,但它在100飛秒的時間內(nèi),只能通過人的頭發(fā)直徑那么短的距離。不久前,德國耶拿大學、羅伯特?博世有限公司和通快激光公司聯(lián)合研發(fā)的超短脈沖激光精加工技術,被授予德國總統(tǒng)未來獎,博世也成為個將超短脈沖激光投入大規(guī)模應用的工業(yè)企業(yè)。
超快激光精密加工有兩大特點。一是“冷加工”。傳統(tǒng)的激光加工術(包括納米激光)往往會使金屬、玻璃等加工原材料受熱熔化。皮秒(一皮秒等于1000飛秒)和飛秒激光產(chǎn)生的局部高溫可達6000攝氏度,比太陽表面溫度還高,受作用材料表面來不及產(chǎn)生熱擴散就被直接汽化。二是“超精細”。超快激光能夠聚焦到超細微空間區(qū)域,同時具有極高峰值功率和極短的激光脈沖,加工時切面整齊、無微裂紋、無材料損傷、無熔融區(qū)域。博世公司使用皮秒激光給柴油發(fā)動機的噴嘴精細鉆孔,讓發(fā)動機燃油效率提高了20%。據(jù)悉,到2013年底,博世將交付約3000萬個用超快激光加工的汽車零部件。
超快激光的應用前景廣闊。智能手機的觸摸屏薄只有0.7毫米,使用傳統(tǒng)金剛石切割玻璃基板易產(chǎn)生裂紋和毛刺,用超快激光非接觸冷加工模式能克服這些弊端。超快激光用于太陽能電池的鉆孔、刻線、劃槽以及表面紋理化,可提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率,降低生產(chǎn)成本。為治療血栓而植入人體動脈的支架,有時會生長疤痕組織,導致血管再次堵塞,而超快激光器加工制成的支架表面則非常光滑,大大減少了疤痕組織生長的機會……在節(jié)能環(huán)保、信息、生物、高端裝備制造業(yè)和新材料等領域,超短脈沖激光都有用武之地。
21世紀將成為“光的世紀”。美國全球行業(yè)分析公司預測,2015年全球以激光為主的光電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將接近1萬億美元。德國通快激光公司副總裁彼得?萊賓格指出,歷史上重要的技術革命都發(fā)生在生產(chǎn)工具領域,它們在改變技術發(fā)展歷程方面的作用比具體產(chǎn)品大得多?!俺堂}沖激光就是這樣一種工具?!?br /> 超快激光有著超短的激光脈沖,在原子能級研究,激光選鍵化學等方面都具有重要的應用,因此使得超快超強激光脈沖與物質(zhì)的相互作用是是當前活躍的研究課題之一,代表著當今激光前沿技術的發(fā)展方向。

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