随着激光技术的不断发展与成熟,如今,激光器已广泛应用于高端制造、信息通讯、生物和医疗健康等产业及军事工业、国防安全等领域,是当今世界战略高科技竞争的重要设备之一,越来越多的传统产业依靠激光加工技术,提升产品的加工质量,解决传统加工方法和工艺不能解决的难题,成功完成转型。许多发达国家也将发展激光技术作为本国优先布局的领域,给予大力支持。
超快激光科研最早出现在30年前,而在2003年后科研用超快激光器逐渐增加应用,至2010年后工业用超快激光器应用逐渐得到认可,到今天为止,超快激光仍然是国内外工业激光的一个热点。超短脉冲激光器以皮秒、飞秒激器为代表,它的工业应用非常广泛,随着消费电子、新型显示、生物医疗、3D打印、高端装备等新应用的发展,对于激光加工精细度要求越来越高,超快激光已经成为精密加工的重要方向。国内外激光企业纷纷布局激光器/超快激光设备市场。在核心超快激光器市场,目前基本上是外国公司占主导,以相干、光谱物理、通快、NKT、EKSPLA、Light Conversion、Lumentum、EdgeWave、Amplitude等公司为代表。国内的企业有华日激光、安扬激光、天津凯普林激光、贝林激光、虹拓新技术、广东华快光子、卓镭激光、中科思远、朗研科技等国内企业正大力推进技术产业化,在超快激光设备、激光精密加工、激光器技术的研发、技术应用和产品生产等产业环节取得快速发展。
随着国内外超快激光公司技术和产品的成熟,其单瓦成本也大幅下降了。一台高功率工业用皮秒激光器从原来数百万人民币下降到一百多万,但在较长一段时间里,外国几个公司以其成熟的技术和稳定的产品性能,几乎垄断中国超快激光器应用市场。但在2017年更多国产化超快激光器出现后,外国公司垄断中国市场的局面被打破,逐渐在价格方面也有所松动。
尽管国外在超快激光领域一直处于领先地位,但是国产激光器也不甘落后,一直在努力追赶。近年来,一些国产超快激光器企业发展迅速,已经开始掌握一些自己的核心技术,国产超快激光器正处在崛起的上。近两年已经有多家企业推出了新型超快激光器:
华日激光是一家国内领先的激光器专业制造商,作为一个厚积薄发的品牌,在成立之初,华日激光一直专注于纳秒级紫外与绿光固体激光器的研发与生产,对高端品质的与匠心为品牌发展打下了基础。2015年,华日激光实现扩产,并成功收购了Attodyne公司,将目光瞄准了未来的皮秒与飞秒级超快激光领域。目前华日激光已拥有三大研发中心——()超快激光器研发中心、武汉紫外与深紫外激光器研发中心、武汉飞秒激光器研发中心。由三位国家千人计划专家领衔产品研发工作,研发出纳秒级-皮秒级-飞秒级等多种脉宽,红外-绿光-紫外等多波段的激光器产品。
在纳秒级紫外激光器方面,华日激光早已经实现成熟地批量制造,产能已位居全球前列,并保持销量持续领先。在皮秒激光器产品线方面,目前市场订单不断,华日也正在积极地推进量产,整个过程目前进展顺利。而对于最受瞩目的飞秒激光,华日还处于紧张的研发与测试阶段,预计今年年内将实现飞秒激光器量产,种子源等核心部件实现自主研发制造。
2018年5月华日激光在国内率先实现皮秒紫外激光器量产,预计年内将实现飞秒激光器量产,打破飞秒激光器市场被国外垄断的局面。皮秒、飞秒超快激光器国产化将推动国内应用商的使用成本降低至少30%-40%,未来市场可期。
“我们最近在火炬区租了一万平方米的厂房,新厂房年底投入使用后一年可量产3000至5000台超短脉冲光纤(皮秒、飞秒)激光器,成为国内领先的激光器生产线之一。”华快董事长梁崇智说,这也意味着在华快在几年的孵化后正式出孵了。
这家位于中山工业技术研究院的公司前身是广东汉唐量子光电科技有限公司,是国内少数掌握皮秒、飞秒激光光源技术的企业之一,主要业务为超快激光器、激光加工设备、3D打印装备、3D打印粉末材料的研发与生产,在激光器量产后公司有望实现爆发式增长。
“目前国内皮秒、飞秒的激光技术光源设备约90%都依赖进口,进口产品价格昂贵。我们要打破国外的垄断,做国产的超快光纤激光器。经过5年研发投入近亿元,现在已掌握了核心技术,到了量产阶段。”梁崇智说,这个技术华快从零开始研发,具有完全的知识产权。
2013年,梁崇智决定转行做激光器后,便四处寻找国内相关人才,并最终引入了研究该领域20多年的大学信息学院教授、“长江学者”刚及其团队。
2010年,28岁的陈抗抗从英国知名学府南安普顿大学回到了他的家乡武汉,和几个朋友一起创立了武汉安扬激光技术有限责任公司,从事皮秒光纤激光超快光源产品研发与生产。我们的劣势,就在于市场,当然这需要一个过程。”功夫不负有心人,经过几年的努力,安扬激光已经做到这一领域世界第二。
安扬激光已推出成熟可用的皮秒、飞秒脉冲光纤激光器和超连续谱激光器等系列工业超快激光器产品。安扬激光掌握了超快光纤激光器的核心技术,自行研发了90% 以上的核心器件或者模块,拥有核心的专利,核心器件和技术不依赖于进口。安扬激光有特种光纤设计生产团队,具备自行设计和生产特种光纤的能力。同时,安扬激光有自建光纤拉丝塔,目前设计生产了40余种各种用途的特殊光纤,控制了光纤激光器产业链的上游,彻底摆脱公司对光纤激光器产业链的控制,了供应链的自主与安全。目前公司已拥有皮秒激光器20W、50W、70W等产品,飞秒激光器25W、50W和100W等产品,位居国际领先水平。
目前安扬公司超快激光设备已成熟应用于手机全面屏切割、玻璃切割、OLED PET膜切割、金刚石切割、玻璃焊接、玻璃振镜消融、FPC PI覆盖膜、PERC太阳能电池、不锈钢打孔、线板打盲孔等领域。
贝林激光是国内最早从事激光器研发的公司之一,通过多年研究于2012年成功研制第一台皮秒激光器,后续推出多款皮秒激光器、紫外固体激光器、纳秒绿光激光器。皮秒激光器产品广泛应用于LED晶圆切割、玻璃切割、指纹膜组切割等精细加工领域。超快激光产品定位于精细加工领域:纳秒激光器较多用于精细打标,主要是在3C产品的外壳和内部元器件上;皮秒激光器较多是应用于一些高精度要求的特殊材料精细加工,像LED晶圆、玻璃、陶瓷等材料的精细加工。到2016年底,贝林激光累计出货皮秒激光器600台。
在技术方面,贝林激光已经取得一系列独特的自有技术及专利技术:纳秒激光器方面,有先进的谐振腔设计和激光控制技术,确保激光器能在高功率运转下获得优秀的光束质量和较窄的激光脉宽,特殊的腔内热补偿技术及谐波转换技术实现高效稳定的倍频转换。皮秒激光器方面,有自主开发的光纤种子源技术和独特的放大器技术。
2017年德龙激光将激光器业务并入全资子公司苏州贝林激光有限公司。德龙激光是一个激光设备集成商,和激光器市场有很大的区别,将激光器业务并入贝林激光,实现业务整合重组,达到资源的优化配置。这一举措将丰富贝林激光产品线,延伸产业链,获得更强的竞争优势,加速推动贝林激光企业发展。
天津凯普林激光科技有限公司自主研发工业级超快激光器。目前产品主要是飞秒,但是今后可能也会研发生产皮秒激光器。我们的超快激光器覆盖近红外到紫外共4个波段: 1.5微米、1微米、绿光、及紫外,以满足不同客户的需求。一方面充分利用凯普林的平台和渠道,另一方面以一个全新的团队来开拓这块业务。公司的目标是成为国内最好的超快激光器供应商,为我们的客户提供性价比最高、客户服务最好的产品。
上海朗研光电创立于2009年,作为一家创新型高新科技公司,朗研光电一直致力于超快光纤激光器、量子保密通信系统、单光子探测器和泵浦激光器等相关产品的自主研发和生产。目前该公司在超快激光器方面拥有从532-1064纳米多个波段的皮秒激光器,以及飞秒激光器,用于科研、光学计量、双光子成像、生物医学、精密加工、材料切割等。
武汉虹拓新技术在超快光纤激光器领域处于世界领先地位,提供可靠性最高的工业级高功率飞秒激光器。虹拓的产品有着广泛的应用领域,包括:精密微加工、再制造、医疗、科研、电子制造等。
虹拓的掺铒系列光纤飞秒激光器是在公司特有的超高精度色散补偿技术基础之上发展起来的,结合超低损耗光纤熔接技术,实现了高功率超短脉冲输出。该飞秒光纤激光器采用一种全新的锁模技术,摆脱了常规锁模所用的可饱和吸收材料,实现了锁模的全自动化,并且光源稳定、性能最佳,系统简单实用。虹拓掺铒系列飞秒光纤激光器是一款可靠的商业飞秒激光光源,可广泛应用于通信、医疗、科研等领域。
2011年初,创业团队带领一群海外归国人才和国内技术精英在上海创立国神光电。公司拥有多项国际领先的专利技术,以及一个优秀的团队。公司在高功率超短脉冲光纤激光器,光纤声光调制器,高功率无源和有源光器件等方面具有不可替代的优势,可广泛应用于工业超精密加工,光谱分析,国防工业和精密医学仪器等方面。目前国神光电掌握了皮秒、飞秒种子源、光纤泵浦模块、准直输出隔离器等核心技术,拥有红外、绿光皮秒激光器和飞秒激光器多款产品。
2015年,卓镭激光和中科院建立战略合作关系,中科院将为卓镭激光提供持续的技术支持与发展动力。公司成功研发高功率、低功率的皮秒激光器后,于2017年还开发出了GRAVER系列的30瓦的绿光纳秒激光器,这款全新激光器最主要的特点是脉宽比较窄,同时功率比较高。用于精密微加工的工业级高功率皮秒激光器和用于材料改性的大能量纳秒脉冲激光器均达到国内顶尖水准。医疗领域开发了医疗美容专用的皮秒激光器。并已广泛用于玻璃切割、金属微加工、激光冲击强化等领域。
英诺激光是一家集高端激光器生产、加工、销售、激光设备贸易代理以及激光技术高端应用为一体的高端激光微加工系统解决方案的中、美合资企业。在深圳设有激光应用实验室、精益激光研究院,在苏州、常州设有激光工艺实验室。
英诺激光的超快激光器的优势在于可实现冷加工,其热效应仅相当于普通纳秒激光器十分之一左右,因而能带来优异的加工品质。他认为英诺激光产品获得客户广泛认可的原因在于出色的长期产品稳定性、对行业的深刻理解。“从我们的展品可以体现出我们对包装、透明材料、消费电子、线板、芯片、晶圆等应用的深刻认知和经验,我们具备满足客户各种需求的实力。
诺派激光根据自身的技术优势,针对我国激光精密加工产业升级中进口替代的市场机会,以及近年来消费电子产业链中材料精密加工应用需求的快速增长,积极布局研发工业级超短脉冲激光器,并已经在某些关键技术的预研中取得了令人兴奋的进展。目前该公司拥有2微米、1.5微米以及1微米波长的超快光纤激光器,以小功率为主。。脉冲宽度具有“长皮秒”和“短皮秒”两种系列供客户选择,可以满足各类微细加工的需要。
以上所介绍是目前国内发展不错的从事超快激光器的企业,他们在超快激光器的布局和科研积累均超过3年,这确是一个技术难度较高的领域,经过几年的技术攻关与酝酿,目前这些企业正在进入产品量产、销售阶段。另外也必须看到,这一批企业大多数生产小功率皮秒/飞秒激光器,仅有个别企业能够生产中高功率水平的产品,并且这些产品的稳定性和可靠性仍然需要得到用户和实际应用的检验。目前国内工业用超快激光器仍然处于商业化初级阶段,去年国产产品市场销量规模可能不超过3亿元,然而这一应用在未来三年内将会呈现快速增长,预计2021年将会突破8亿元。
有了这一批企业,假以时日必将会有更多成熟的国产皮秒飞秒激光器推出市场,可能只需两三年的时间,超快激光器将不得不降低身价,并可能有超过30%的降幅,届时国内许多用户将会买得起、用得起,这对中国的超精密制造加工是个,对推动我国半导体、微电子、智能芯片、精密仪器、微器件以及生物医疗等产业发展带来重大利好!