一千萬億分之一秒的精準！青島自貿雷射掌握五大飛秒核心技術，能幹什麼？

2020-09-22 青島日報

青島日報2020年9月22日1版

一千萬億分之一秒的精準

青島自貿雷射掌握五大飛秒核心技術，飛秒「種子源」出口美國

近年來，超精密加工的空間尺度已經被推進到了微米甚至納米級別，比如在1毫米的尺度範圍內刻畫清晰又複雜的二維碼，再比如在特殊材料上打一個1微米的小孔。如何實現微米、納米級精準度的加工？答案之一是飛秒雷射。

與傳統機械加工採用刀具和電火花相比，飛秒雷射能大幅度提升加工精度，同時飛秒雷射加工是「冷雷射」，熱效應極小，適用於薄膜、柔性等材料的精細加工。青島自貿雷射有限公司總經理邴召榮認為，飛秒雷射推動精密加工行業進入了光時代，未來將引領製造業的變革。

手握飛秒雷射種子源和光晶片的青島自貿雷射，正在參與並試圖引領這場變革。

飛秒雷射的「冷加工」能量

飛秒雷射為何有如此大的能量？

一飛秒是1秒的一千萬億分之一，即使是每秒能飛行30萬千米的真空中的光，在一飛秒內，也只能走300納米。飛秒雷射就是輸出雷射的脈衝寬度在飛秒級別的脈衝雷射器，能以極快速度將其全部能量注入微納米級的作用區域。數飛秒間輸出的高密度能量讓飛秒雷射與材料相互作用的時間極短，等離子體還沒來得及將能量傳遞給周圍材料，就已經從材料表面被燒蝕掉，不會給周圍的材料帶來熱影響，這種「冷加工」優勢使飛秒雷射技術在精密鑽孔、精密切割等精密加工領域中應用前景巨大。

柔性電路板。

「就像這個手機的柔性電路板，只有超快雷射能製造。」採訪中，邴召榮來回彎折手中一張金黃色的薄片，上面刻畫著縱橫交錯的細線，排列著微小的、形狀各異的孔洞。這片薄薄的電路板是手機屏幕能夠彎曲、摺疊的關鍵，而上面的細線和孔洞都是用超快雷射加工而成，既能精密刻畫又能保證不破壞材料本體。

除了用於柔性電路板的精密製造，飛秒雷射在雷射打標、雷射清洗、雷射焊接、切割、醫療美容等方面的應用都十分廣泛，甚至在航空發動機打孔等方面也能大展身手。據悉，現代飛機發動機葉片表面通常會覆蓋一層陶瓷的熱障塗層，採用傳統電火花無法加工，只有「快準狠」的飛秒雷射才能在葉片上打微型孔，同時不破壞那層薄薄的陶瓷塗層。

飛秒雷射的「冷加工」特點讓其擁有廣闊的市場前景。與世界製造業大國相比，我國雷射在製造業尤其是裝備製造業中的應用比例僅為30%，而美、日比重均為45%以上，德國超過50%。《中國雷射產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》預測，隨著我國雷射應用領域的不斷擴展及技術進步，2024年我國雷射產業整體市場規模將達到4000多億元。

實現飛秒雷射器全國產化

然而飛秒雷射的市場蛋糕並不是那麼容易吃到。

邴召榮介紹，由於國內飛秒光纖雷射器研究一直處在實驗室階段，核心器件長年依靠進口。國內高端雷射器市場基本由通快、相干、IPG等國外廠商掌握，歐美各國對關鍵技術模塊和元器件實行禁運，並抬高相關原材料的價格，飛秒雷射裝備的價格居高不下。由此，沒有獨立自主核心技術成為國內飛秒雷射產業發展的瓶頸。

雷射清洗。

青島自貿雷射正在打破這個瓶頸。創始人曹祥東博士師從美國羅切斯特大學教授Go-vind P. AGRAWAL和貝爾實驗室教授Colin McKinstrie，曾任西門子、北美電信等公司高級技術主管。他研發的飛秒雷射核心技術之一「超高精度色散管理技術」於2012年入選OSA（美國光學學會）「全球六大新創新技術」。

回國創業的曹祥東帶領團隊開發出了全世界首個掌上型飛秒雷射種子源、中國首臺全光纖飛秒雷射器，賦予了自貿雷射濃厚的技術色彩。「種子源就像是飛秒雷射器的『火種』，是飛秒雷射器的核心。」邴召榮說，中科院高能物理研究所、華中科大、國防科大等多家科研機構都曾購買過自貿雷射的種子源產品，就連美國三大光學中心之一——羅切斯特光學中心也曾購買過。

除了雷射「種子源」，青島自貿雷射還掌握了飛秒雷射器「心臟」——光晶片的核心技術，擁有光晶片、算法、控制模塊、控制軟體等全套自主核心技術，器件國產化率95%以上，並預計在2年內可實現100%國產化。

而國內大部分生產廠家的核心技術都是採用國外技術路徑，在技術和產品升級等方面大受掣肘。「比如大部分國內廠家的光晶片都採用德國BATOP公司的進口晶片。」邴召榮說，這些廠家在技術路徑上也都採用國外的被動鎖模技術，而自貿雷射自主研發的全自動鎖模技術打破了行業內的被動鎖模技術壁壘。邴召榮認為，與之前的技術路徑相比，全自動鎖模技術更加穩定，能夠持續、穩定獲得高能量、高峰值率的飛秒級脈衝。

目前，自貿雷射掌握了超高精度色散管理技術、全自動鎖模技術、非線性放大技術、全光纖集成技術、模塊化集成封裝技術五大飛秒核心技術，擁有相關核心發明專利33項（13項在審），實用新型14項（9項在審），形成了系統的專利保護池。

布局飛秒雷射產品線

目前，自貿雷射專業從事飛秒光纖雷射器及其核心元器件、超快雷射應用裝備的研發、生產、銷售。邴召榮介紹，公司開發的飛秒PCB/FPC加工器已批量進入華為、蘋果核心供應商工廠，後期變形機種可以陸續進軍LED、心臟支架、電池薄膜加工、9H鋼化玻璃屏等新材料加工領域。

公司研發生產的飛秒美容儀已小批量驗證進入臨床驗證階段，預計2022年年中推向市場。在空間星際衛星數據傳輸、飛秒雷射碎石、飛秒雷射探測技術、太赫茲檢測、航天等領域的應用化方面已經取得初步突破，正在尋求相關產業合作。

2019年，青島自貿雷射年營收2660萬元。邴召榮介紹，按照去年的銷售計劃，本來預計2020年年營收將突破7000萬元，但上半年的疫情影響了訂單，今年以來營收大約2000多萬元。

為募集研發資金、建設產業研究院等，青島自貿雷射今年計劃融資6000萬元，其中，1600萬元用於飛秒雷射器研發、中試及市場推廣；1400萬元用於飛秒美容及皮膚病治療儀的三級醫療器械取證及後續臨床試驗及市場推廣；2000萬元用於產業研究院建設。

此次募資將擴股2400萬股，新進股東佔擴股後的股份為10.7%，公司總估值為5.6億元。目前，創始人曹祥東博士持股33%，青島自貿發展公司佔股20%，青島智匯港投資和青島睿谷管理諮詢為高管及核心員工持股平臺，分別佔股23.43%和23.32%。邴召榮還透露，公司有上市科創板的打算，目前國內主要雷射企業安揚、華日均未上市，上市公司銳科雷射2019年營業收入突破20億元。（青島日報/觀海新聞記者 王 偉 文/圖）

相關焦點

  • 科學家推出最新的可調諧飛秒雷射
    如果想捕獲活細胞內部的化學轉化，還是通過在厚度僅為100納米的層上列印路徑來徹底改變微晶片的生產，波蘭科學院的一組科學家創建的最新飛秒雷射現在可以實現這些目標。如圖所示研究團隊所製造的雷射器可以通過與調諧收音機類似的方式進行具有飛秒精度調諧。
  • 神奇的雷射與等離子體
    雷射與等離子體技術越來越多地應用在我們的生活中。本期《大咖面對面》我們邀請了北京科技大學數理學院教授王雲良老師，為大家介紹神奇的雷射與等離子體。問題一：雷射是什麼，與普通的光有什麼區別？雷射這個概念最早是愛因斯坦提出的。1960年，人們制出了第一臺雷射器。雷射的特點是具有方向性、單色性，並且頻率相對單一。
  • 一秒鐘包含1000萬億飛秒,然而相對於普朗克時間,飛秒又極為漫長
    而在體育比賽中，比如百米賽跑所用的時間精確到1%秒，另外還有毫秒、微秒、飛秒、納秒等，一般在微觀物理學上才會用到，毫秒是千分之一秒，微秒是百萬分之一秒、納秒是十億分之一秒，飛秒則是一千萬億秒。將一秒鐘的時間拆分到1000萬億份，這個時間可是相當的短了，然而飛秒卻還遠遠不是最小的時間單位，在量子力學的範疇中飛秒這個時間單位是相當巨大的，因為量子學中的基本時間單位是普朗克時間，這個時間單位到底有多小？下面我們來講一講。
  • 測量到有史以來最短時間，它是十億分之一秒的萬億分之一
    日常生活中，我們用到的最短時間單位為秒，但是在一些科學實驗中，秒已經不夠精確了，他們測量的是比秒小得多的納秒、皮秒、飛秒等。最小的時間是普朗克時間，它是光走過普朗克長度所經歷的時間，也是我們理論上所能測得的最小時間間隔。但是，實際上，我們並不能測得那麼小，那麼我們能測到的最小時間間隔是多少呢？最近，科學家又破紀錄了，他們測量了有史以來最短的時間：輕質粒子穿過氫原子的時間，為247仄秒。
  • 掌握核心技術 光谷雷射產業2017年總收入超200億元
    掌握核心技術 光谷雷射產業2017年總收入超200億元發布時間：2018年04月20日 08:23 來源：湖北日報　　掌握核心技術 瞄準高端市場　　光谷雷射產業駛入高質量發展快車道　　湖北日報訊 湖北日報全媒記者
  • 利用飛秒檢測法對汽車製冷劑進行配方及成分分析
    什麼是製冷劑製冷劑是指在製冷系統中傳導熱能的一種流體，為實現製冷循環的工作介質，也稱為製冷工質，或簡稱工質。廣泛應用於工商製冷、家用製冷、汽車空調等主要的製冷行業。空調製冷中主要是採用滷代烴製冷劑，其中不含氫原子的稱為氯氟烴(CFC)，含氫原子的稱為氫氯氟烴(HCFC)，不含氯原子的稱為氫氟烴(HFC)。
  • 科普全飛秒雷射手術:3分鐘「摘掉」近視鏡—新聞—科學網
    近幾年，飛速發展的雷射手術矯正近視的技術為他們提供了一種選擇。 近日，青島眼科醫院宣布引進德國蔡司公司生產的VisuMax全飛秒雷射系統，這無疑是近視眼手術史上的又一次革命。同時，由於其過程均由飛秒雷射完成，常被稱為全飛秒雷射角膜屈光手術，也稱屈光性透鏡取出術。 相較於傳統的雷射近視術，SMILE手術利用飛秒雷射取代角膜板層刀，實現了手術全程「無刀、無痛」，且無需製作角膜瓣，將角膜切口大小降至2毫米、僅為以往的1/10，切口感染的概率小，安全度高。
  • 飛秒雷射和準分子雷射的區別
    「飛秒雷射」這個名詞，對於了解近視手術的朋友都不陌生了，但是，眼科門診中還是會遇到這樣的提問，「飛秒雷射是否術後就沒有疼痛感了？」「是不是飛秒雷射能達到2.0？要不然怎麼那麼貴？」其實，這都是對飛秒雷射和準分子雷射不了解所致。
  • 存活30飛秒後爆炸
    打開光源之前，Boutet和他的同事找來許多鏡子設計光路系統，給X射線聚焦，目的是為了將光斑縮小到100納米（人類頭髮的直徑是70000納米，一納米為十億分之一米）。　　聚焦好的X射線隨後打在充滿氙原子和CH3I（碘甲烷）的氣囊，高能X射線將首先剝離碘原子最內層能級的電子。隨後外層電子也逐漸靠近內層，最後收縮到X射線光斑處。
  • 與十億分之一秒的時間賽跑,終於實現看到單個分子結構的技術!
    一種可能的方法是將極短、高強度X射線自由電子雷射(XFEL)脈衝對準樣品材料。但是這種超快成像技術也會摧毀目標，所以時間是至關重要的。 與飛秒級的時間賽跑 要在不使物質結晶的情況下創建散射圖案，需要一束像X射線自由電子雷射一樣的超強光束，在令人難以置信的快速爆發中閃現。
  • 近視摘鏡手術,全飛秒和半飛秒,選哪個恢復更快?
    小編先給你科普一下，飛秒雷射是什麼?目前做雷射矯正手術用到的雷射主要有飛秒雷射和準分子雷射，飛秒雷射的特點是持續時間短，它以脈衝的形式運轉，一個飛秒等於1秒的千萬億分之一，飛秒雷射具有非常高的瞬時功率，是人類目前在實驗條件下所能獲得的最短脈衝。
  • 我飛秒雷射結合自組裝複合加工技術獲突破
    來源：科技日報科技日報合肥8月13日電 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校工程科學學院微納米工程實驗室利用飛秒雷射引導毛細力自組裝複合加工方法中國科學技術大學微納米工程實驗室在飛秒雷射複合加工方面開展了長期的系統性研究。在前期工作中，他們通過將飛秒雷射直寫與毛細力自組裝技術結合，開發了新型的飛秒雷射複合加工方法，實現了複雜多層級聚合物結構的製備，並在微物體操縱、微粒製備、微光學、仿毛細血管微通道製備等多個領域開展了應用研究。
  • 飛秒雷射刻蝕技術將普通金屬變成「完美」的太陽光能吸收器
  • 飛秒、全飛秒、準分子雷射手術有什麼區別
    從上世紀八九十年代，雷射近視手術進入中國以來，大致經歷了三個發展階段：準分子雷射、飛秒雷射術和全飛秒雷射。　　準分子雷射近視手術於上世紀80年代出現，是相對傳統的近視手術方式。手術時，醫生會用微型角膜刀在角膜切一個微型圓弧，將它掀起，然後醫生再用準分子雷射來「打薄」角膜基質，切削掉一定的角膜厚度後，醫生再將掀起的角膜瓣覆蓋回去。
  • 昆明高度近視能做全飛秒雷射手術嗎
    核心提示：昆明高度近視能做全飛秒雷射手術嗎？摘下眼鏡是每一位近視患者願望，目前近視手術就是較好的選擇，是不是人人都能做近視手術呢？對於高度近視患者想做近視手術，需要去眼科醫院檢查角膜，眼壓，視力，角膜厚度，角膜曲率，眼底的網膜具體情，高度近視患者通過術前檢查，符合近視手術條件的也可以做。做哪種近視手術比較好，或者近視度數比較高，做哪種近視手術比較合適？
  • 飛秒雷射製備FBG有何技術及應用優勢？
    然而傳統紫外雷射製備的光纖布拉格光柵熱穩定性差，高溫條件下易被擦除，需要繁瑣的光纖載氫預處理，不適用於高溫環境。而飛秒雷射微納加工技術由於具有無熱效應影響、加工材料範圍廣、突破衍射極限的加工精度以及能夠在透明材料內實現三維加工等優點，被用於玻璃、晶體、金屬等各類材料的微納加工。同時光纖光柵飛秒雷射製備技術也引起了廣泛關注。
  • 新的孤子雷射脈衝可在萬億分之一秒內提供高能量
    這種雷射具有這樣的特性，當它的脈衝持續時間減少到不到一萬億分之一秒時，其能量可以超過極限。這使它們成為加工需要短、強脈衝的材料的理想選擇。其中一個應用可能是在角膜手術中，這依賴於從眼睛中輕輕地取出材料。這需要強而短的光脈衝，不會加熱和破壞表面。"這項研究今天發表在《Nature Photonics》雜誌上。
  • 新知|一秒有多長?你以為的「一瞬間」有多快?
    「嘀嗒嘀嗒」，在分針與秒針不斷交錯間，時間一秒一秒流逝。然而，一秒到底有多長？我們平時所說的「時間」是如何測量的？如何捕捉飛秒數量級的瞬間？司空見慣的「時間」背後隱藏著許多鮮為人知的「秘密」。　　中國科學院國家授時中心科技處科普主管劉永鑫在接受《新華日報·科技周刊》記者採訪時表示，20世紀中葉，時間標準則規定一個平太陽日的86400分之一為1秒。然而，地球的自轉運動並非等速進行，認識到這個問題後，秒的定義再次被修改。科學家們將地球繞太陽的公轉周期(即回歸年)作為確定時間單位的基礎，自曆書時1900年1月1日12時起算的回歸年的1/31,556,925.9747為一秒。