原創(chuàng) Sueuel編譯 光電匯OESHOW

2025年04月14日 17:13 上海

超快激光技術(shù)正以高效與精準(zhǔn)重塑產(chǎn)業(yè)格局。結(jié)合革命性的光束整形與人工智能，其在微加工、量子科技等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷突破“更快、更短、更強(qiáng)”的極限。

皮秒（10?12秒）、飛秒（10?1?秒）、阿秒（10?1?秒）甚至仄秒（10?21秒）的時(shí)間尺度差異令人難以想象，但在探討前沿科學(xué)研究與應(yīng)用時(shí)，激光脈沖越短，引發(fā)的變革就越激動(dòng)人心。超快激光憑借納米級(jí)乃至更小尺度的精密加工能力，在量子技術(shù)、柔性電子與可持續(xù)能源等新興領(lǐng)域大放異彩。

讓我們一起聽聽，全球知名的超快激光領(lǐng)域領(lǐng)袖如何看待：超快激光技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)于他們意味著什么？

從左至右：Midel Photonics聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事總經(jīng)理David Dung，MKS Instruments銷售副總裁Markus Rütering，F(xiàn)raunhofer ILT表面技術(shù)部負(fù)責(zé)人Christian Vedder

一、發(fā)展趨勢(shì)——永不停歇的“奧林匹克”

“人類天性追求更快、更強(qiáng)、更遠(yuǎn)，這種精神推動(dòng)著超快激光技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。”MKS Instruments（旗下?lián)碛蠳ewport Spectra-Physics與Ophir）銷售副總裁Markus Rütering以?shī)W運(yùn)格言“更快、更高、更強(qiáng)、更團(tuán)結(jié)”，類比超快激光的發(fā)展方向——更快、更高功率、更低成本、更廣泛應(yīng)用。

Fraunhofer ILT表面技術(shù)部負(fù)責(zé)人Christian Vedder強(qiáng)調(diào)效率與精度的雙重提升：“超短脈沖激光燒蝕的精度源于逐層微量去除材料，但這也導(dǎo)致加工速度較慢。我們需要更高功率的超短脈沖激光與多光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來提速?！?/p>

盡管大多數(shù)用戶和開發(fā)者都聚焦于性能提升，但這并不意味著超快激光市場(chǎng)是“一刀切”的。Midel Photonics聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事總經(jīng)理David Dung補(bǔ)充道：“微加工領(lǐng)域?qū)Χ嘟裹c(diǎn)系統(tǒng)與定制化平頂光束的需求日益增長(zhǎng)，激光束整形技術(shù)需滿足多樣化應(yīng)用場(chǎng)景?！?/p>

二、技術(shù)共存——沒有絕對(duì)的“王者”

盡管超快激光前景廣闊，但沒有人愿意將所有賭注押在單一技術(shù)上。

“Spectra-Physics同時(shí)提供納秒、皮秒與飛秒脈沖激光器，很難斷言哪種技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)?！盧ütering指出，“我自1989年進(jìn)入激光行業(yè)以來，‘何種激光適合何種應(yīng)用’的討論從未停止。新技術(shù)總在不斷涌現(xiàn)，我們必須持續(xù)創(chuàng)新以滿足市場(chǎng)需求。”

Vedder坦言脈沖激光技術(shù)仍在持續(xù)演進(jìn)，同時(shí)也面臨著壓力。“盡管高功率材料加工不斷突破，但現(xiàn)有工業(yè)激光器仍占據(jù)重要地位。如今納秒激光器雖然已成為商品，購(gòu)買非常便捷，但超短脈沖激光器價(jià)格依然高昂?！?/p>

三、市場(chǎng)開拓——半導(dǎo)體與顯示行業(yè)的機(jī)會(huì)

盡管納秒激光在切割、焊接等傳統(tǒng)工業(yè)中仍占一席之地，他們更關(guān)注未來的創(chuàng)新方向。Dung指出：“隨著超短脈沖激光技術(shù)的成熟，更多新領(lǐng)域?qū)⒈唤怄i?！崩纾⒓庸ふ艿姆较虬l(fā)展，如表面改性和材料功能化。

Rütering以半導(dǎo)體行業(yè)為例，“最新技術(shù)已涉及2納米節(jié)點(diǎn)，因此微加工需要實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的鉆孔、切割和曲線加工。若要切割越來越窄的曲線，波長(zhǎng)將直接影響光斑尺寸。例如，半導(dǎo)體行業(yè)正朝著更緊湊的方向發(fā)展，微加工技術(shù)在其中得到廣泛應(yīng)用。”

Dung補(bǔ)充道：“波長(zhǎng)縮短使得特征尺寸更小，這對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)尤其重要，但也適用于顯示制造業(yè) ——Mini/MicroLED 生產(chǎn)趨勢(shì)要求非常小且精確的平頂光束輪廓，以匹配矩形像素尺寸?！?/p>

四、區(qū)域差異——亞洲量產(chǎn)與歐洲高精度的博弈

“半導(dǎo)體應(yīng)用主戰(zhàn)場(chǎng)在亞洲，歐洲缺乏大規(guī)模芯片廠。”Rütering分析道。

Vedder指出亞洲市場(chǎng)更激進(jìn)，“當(dāng)?shù)貛缀鯚o激光使用法規(guī)，企業(yè)可快速部署高功率激光設(shè)備，但也帶來成本壓力。”

而歐洲的優(yōu)勢(shì)在于高精度應(yīng)用，Rütering 指出，“歐洲在光伏產(chǎn)業(yè)、生物儀器（如白內(nèi)障手術(shù)激光）等領(lǐng)域?qū)芗庸さ男枨笸?，這些技術(shù)在其他地區(qū)尚不普及?！?/p>

五、光束整形——效率與復(fù)雜性的平衡

“能用高斯光束解決的問題，沒人愿意增加光束整形模塊?！盧ütering直言簡(jiǎn)化系統(tǒng)是行業(yè)共識(shí)，但特殊應(yīng)用仍需定制方案。

Vedder以能量密度閾值解釋效率瓶頸，“高功率短脈沖激光需搭配特定強(qiáng)度分布的多光束陣列?！?/p>

Vedder還展望了AI與光子學(xué)的協(xié)同，“我認(rèn)為數(shù)字技術(shù)和人工智能將給市場(chǎng)帶來顛覆性變化。人工智能已在質(zhì)量監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)性維護(hù)等領(lǐng)域賦能光子學(xué)，而利用光子學(xué)提升AI計(jì)算效率——例如通過空間光調(diào)制器構(gòu)建光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——正成為新方向?！鄙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)可通過將不同光屬性視為隱藏層中的信息（由空間光調(diào)制器中的像素節(jié)點(diǎn)表示），并允許強(qiáng)度分布變化來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

六、科學(xué)與工業(yè)——需求驅(qū)動(dòng)的技術(shù)雙軌制

“工業(yè)界追求規(guī)模化，科學(xué)界則需要量身定制的極限性能。”Rütering對(duì)比兩者差異，“飛秒激光已用于工業(yè)，而科研正探索阿秒甚至仄秒脈沖（10?21秒）?！北M管工業(yè)市場(chǎng)收入遠(yuǎn)超科研，但他強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)研究不可忽視，“今日的學(xué)生是明天的客戶。此外，科研用激光器通常不是量產(chǎn)產(chǎn)品，它們被推向技術(shù)極限——有時(shí)甚至超越極限，這有助于我們開發(fā)新的工業(yè)應(yīng)用?！?/p>

Vedder以“愛玩的孩子”自喻科研人員，“我們需要參數(shù)可調(diào)的全能激光器，而工業(yè)界只要穩(wěn)定易用的專用工具。這正是核心差異。”

七、未來趨勢(shì)——波長(zhǎng)縮短與跨領(lǐng)域協(xié)同

“微加工向更短波長(zhǎng)推進(jìn)，從紅外、紫外到深紫外的應(yīng)用不斷擴(kuò)展?！盌ung指出技術(shù)趨勢(shì)。Rütering從產(chǎn)品角度補(bǔ)充，“紫外飛秒激光已實(shí)現(xiàn)50 W功率，未來將拓展更多波長(zhǎng)?！钡嵝盐鸷鲆晜鹘y(tǒng)技術(shù)：“納秒激光器并未退出歷史舞臺(tái)，特定場(chǎng)景仍不可替代?！?/p>

Vedder總結(jié)技術(shù)生態(tài)，“激光器進(jìn)步需與光學(xué)系統(tǒng)（如光束整形）、人工智能同步發(fā)展。畢竟，如何高效傳遞激光能量才是終極命題?！?/p>

這場(chǎng)速度與精度的競(jìng)賽遠(yuǎn)未終結(jié)，正如專家們所言“我們始終是追逐光的孩子”。在產(chǎn)業(yè)與科研的雙輪驅(qū)動(dòng)下，超快激光將繼續(xù)改寫精密制造的邊界。

                                                                                       來源：electrooptics