我国飞秒激光科研水平已位居世界前列

来源:激光制造商情    关键词:飞秒激光, 陈岐岱教授,    发布时间:2019-01-15

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----对话吉林大学 陈岐岱教授

1. 陈教授您好,感谢您接受我们的采访, 您从事的是微纳光子、飞秒激光制备技术方面的研究,请简单介绍一下飞秒激光制备技术可用来做什么?

陈岐岱教授:飞秒激光微纳制备技术最早出现于20世纪90年代中期,当时只能做一些简单打点、划线工艺。其精度只可以实现数百纳米的范围,后来比较关键的事件是2001年孙洪波教授发表了“纳米牛”的工作,它其实也是涉及到飞秒激光微纳加工,是采用飞秒激光在聚合物材料制作的。这项工作引起了国内外广泛关注,自此后许多科研人员在飞秒激光双光子聚合方面做了大量工作,例如利用飞秒激光做各种各样的3D晶片、3D造型,纳米尺度的复杂结构,还包括我们做的各种仿生结构、生物光子学器件、微流控芯片、三维金属部件等。

目前看来,采用飞秒激光的增材制造进展略显缓慢,主要原因是飞秒激光制备的器件,精度非常高,而实际加工点尺寸小,因此较长的制作时间是不能被接受的。因此飞秒激光的增材制造在过去几年基本上是平缓发展的。

另外一个重要发展是2010年开始出现的1μm波长的飞秒九州体育,特别是大300皮秒的产品出现,在工业上,尤其是金属、玻璃这类材料的加工出现,导致其工业应用市场爆发式增长。近年也看到了非常多的飞秒激光工业应用研究,它在易脆材料的精密切割、打孔等都可以发挥重要作用。

最后我需要提及的是,飞秒激光用来做光子器件,这一方向是从2005年左右开始展开。其特点是利用飞秒激光的高精度加工,能够实现纳米尺度加工、三维加工,制备各种各样的光学三维元件,包括微透镜、量子芯片、集成光路等。目前这项工作主要还处在前沿科研领域,还未实现充分的市场应用。

2. 飞秒甚至阿秒等光子技术仍然是世界科研热点,国内有哪些机构在做,另外我国的发展水平如何?

陈岐岱教授:目前国内有许多科研机构在做这方面科研工作,包括位于北京的中科院物理所、天津大学、清华大学、西安交大等多个单位很早就已经进入飞秒激光科研。在这个层面说,国内飞秒激光科研一直跟随国外领先水平发展,差距并不是很大;而在工业应用层面上,我国与国外的发展应用现状还存在较大的差距,如果要具体说明,我认为可能有近10年的差距。

再谈到商用产品,能够提供科研用的高功率飞秒九州体育,国内中科院物理所是做得比较成熟的,不过与外国的相干公司、光谱物理公司相比仍然有差距。而工业用的飞秒九州体育,以通用的波长1μm的产品为例,国内使用的产品仍然以进口飞秒九州体育为主,但是越来越多国内公司取得了突破性成果,包括武汉华日激光、安扬激光等多家企业推出了50W以上的九州体育。目前我认为国产飞秒九州体育与国外产品相比,可能会在功率水平、工业化应用、稳定性还有一定的差距。

3. 目前飞秒激光在医疗上有成熟应用,但是工业应用还比较少,皮秒加工还未普及,飞秒激光加工是否会更加长远?

陈岐岱教授:过去几年,我一直从事超快激光应用开发,在过去较长时间里,皮秒激光的发展确实比飞秒激光快,但是我认为随着激光应用的开发与发展,在一些特殊的领域上,飞秒激光会部分取代皮秒激光,目前从成本上来说,它们之间的差距并不是很大。另外一点,此前很多人之所以选择皮秒加工而不是飞秒,一个重要原因是皮秒激光更能够适应工业环境,而飞秒激光对加工环境还是比较敏感,要求较高。现在多家公司推出了全光纤飞秒九州体育,让飞秒九州体育能够走向更多工业应用,但这个过程还是很漫长,并且要真正推广飞秒九州体育,还要探索到飞秒激光的独特应用,就是皮秒做不到的。目前看来还没有一项飞秒激光专属应用出现,还需要一些时间。

4. 有人说一般的精密加工采用皮秒激光已经够用,那么飞秒激光微加工的应用具有哪些优势或特点?

陈岐岱教授:确实如此,对于目前已知的大部分工业激光精密加工,皮秒激光已经可以解决问题。对于一般性的加工聚焦尺度在10微米以上的,采用皮秒激光和飞秒激光没有本质的差别。然而在一些情况下飞秒激光仍然比皮秒激光拥有优势,第一个是飞秒激光可以非常好地成丝,这样的聚焦比较长,能够在材料的内部进行隐形切割或隐形制造。第二个是飞秒激光脉冲更短,它可以显现更好的非线性效应,它的二倍频、三倍频至紫外光,效率可能更高,因此在飞秒的紫外光可能会比皮秒级的耐用性、可靠性更高一些。再一个是在一些科研领域,比如加工要求是500纳米以下,并且是在内部进行精密加工,那么飞秒激光一定是一个优先考虑的选择。

采访/文字整理:cici