自20世紀60年代問世以來,激光已經成為人們生產生活中的“常規武器”:在工業領域,激光可輕松勝任打孔、切割和焊接等工作;在醫學上,利用激光的高能量可治療視網膜剝離等外科手術;在軍事上,提高激光能量可制成威力無窮的光武器。
根據激光器的工作方式,激光可分為連續激光和脈沖激光。拿手電筒做個比方,始終合上按鈕就是連續工作,迅速一開一關就相當于發出一個“光脈沖”。連續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,只能通過人的頭發直徑那么短的距離。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合研發的超短脈沖激光精加工技術,被授予德國總統未來獎,博世也成為第一個將超短脈沖激光投入大規模應用的工業企業。
超快激光精密加工有兩大特點。一是“冷加工”。傳統的激光加工術(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、無熔融區域。博世公司使用皮秒激光給柴油發動機的噴嘴精細鉆孔,讓發動機燃油效率提高了20%。據悉,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。智能手機的觸摸屏最薄只有0.7毫米,使用傳統金剛石切割玻璃基板易產生裂紋和毛刺,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換效率,降低生產成本。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……在節能環保、信息、生物、高端裝備制造業和新材料等領域,超短脈沖激光都有用武之地。
21世紀將成為“光的世紀”。美國全球行業分析公司預測,2015年全球以激光為主的光電子產業總產值將接近1萬億美元。德國通快激光公司副總裁彼得·萊賓格指出,歷史上最重要的技術革命都發生在生產工具領域,它們在改變技術發展歷程方面的作用比具體產品大得多!俺堂}沖激光就是這樣一種工具!
《 人民日報 》( 2013年12月27日 21 版)