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超快激光风口来临,全球超快激光企业纷纷抢位


超快(超短)激光器是指同时具有脉冲宽度小于15ps(皮秒:10-12秒),最大单脉冲能量小于30mJ,重复频率在1kHz(部分激光器下1kHz以下)以上的激光器。如今超快(超短)激光脉冲的闪亮时间早已达到飞秒(fs),甚至阿秒(as)量级。

超快激光时间单位换算:

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全球超快激光市场从工作物质、脉宽和应用三个方面进行了细分。①根据工作物质分为钛蓝宝石激光器、二极管泵浦激光器、光纤激光器和锁模二极管激光器;②根据脉冲宽度,将市场细分为飞秒和皮秒;③基于应用,市场细分为生物医学、材料加工、光谱学和成像、科学和研究等等。

1985年,超短脉冲啁啾放大技术(CPA)的出现解决了锁模技术下激光强度进一步发展遭遇的巨大瓶颈,超快激光的研发和应用进入了一个新的阶段。超快激光具备独特的超短脉冲、超强特性,能够聚焦到超细微空间区域,同时具有极高峰值功率和极短的激光脉冲,加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,从而做到了加工的“超精细”。超快激光在精细加工领域优势明显:

● 超快激光加工的组织中没有熔融区,没有重铸层,不产生微裂纹。

● 超快激光加工精度高,不受光的衍射极限的限制,具有很高的空间分辨性。

● 超快激光加工对材料没有选择和限制性,可以对任何材料进行精细加工、修复和处理。

● 超快激光加工需要的脉冲能量阀值极低,一般只有毫焦耳量级,这决定了加工能量的低耗性。

● 加工过程不产生导致结构损坏的冲击波,不损坏临界的结构组织。

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图1 超快激光加工优势

超快激光市场规模快速增长

随着3C、汽车、半导体、显示面板等行业的快速发展,各行业对玻璃、陶瓷、OLED等材料的微精细加工要求越来越高。超快激光加工技术已经成为精细加工领域的不二之选,大范围应用于国民经济诸多领域如精密加工、医疗、科研、军事等领域。

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图2 超快激光应用案例

与整个激光市场相比,超快激光市场份额相对较小,但其增长速度是整个激光设备市场增长速度的两倍。以通快、相干、IPG、光谱物理、贝林、英诺、卓镭激光等公司为代表的国内外超快激光器应用呈现了快速稳健的增长。得益于超快激光技术进步、对传统 CNC/皮秒加工设备的替换和各垂直行业中超快激光应用的普及,超快激光在增材制造、微材料加工、精准加工、精准医疗、薄玻璃切割、微纳加工等更多新型应用领域需求不断提升,2018年全球超快激光市场规模达到13.7亿美元,增速达到44%。

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图3 2014-2018年全球超快激光器市场规模及增长情况(亿美元)

全球超快激光器企业纷纷抢位

超快激光已经成为了激光行业争先研究、布局的新宠,无论是国外激光巨头企业,还是国内激光后起之秀,都在通过自研、兼/并购、产学研合作等方式进入超快激光器或超快加工设备市场的布局。尤其是国际激光巨头企业走在超快激光产业发展的前端,以相干、光谱物理、通快、IPG、NKT、EKSPLA、Light Conversion、Lumentum、EdgeWave、Amplitude等公司为代表,占有全球近80%的市场份额。

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1、Thales Optronique

Thales Optronique 公司是属于Thales集团旗下的一家提供技术解决方案的公司。Thales Optronique在激光行业有着超过30年的经验,为客户提供设计、开发和制造高能量激光器和高强度短钛蓝宝石飞秒激光器。Thales Optronique的激光器系列产品主要分为工业应用于科学应用领域。工业应用领域主要在材料加工(OLED加工)、硅退火、激光冲击处理、激光消融等。在科学应用领域主要在电子和离子加速、等离子体物理、VUV-X射线研究等领域。

2、Amplitude Technologies

Amplitude Technologies公司位于法国波尔多,研发和制造用于科学研究与工业制造领域的二极管泵浦的极速固体光波器。Amplitude Technologies公司连同其姊妹公司Amplitude Systemes公司,是法国激光行业的领先者,提供众多可用的超快光波技术。公司在高强度激光和超快激光领域有十多年的研发经验,曾参与欧洲ELI计划,与隆德大学、莫斯科大学、伦敦帝国学院、伯明翰大学、马克斯·普朗克研究所建立了深度合作关系。

3、Spectra-Physics

Spectra-Physics 是 MKS Instruments 光学与运动控制分部旗下的品牌。公司产品系列由各种用于精密的工业和科学应用的激光器构成,专注于帮助客户使用高精度激光技术推进前沿科学和产业发展,制造并部署数以千计的激光器应用于半导体、平板显示器、PCB、医学和汽车等领域。公司拥有超快激光器、光纤激光器、全固态调Q激光器系列、高能脉冲激光器、连续光/准连续激光器、可调谐激光器等。近些年由于半导体产业的硅上升周期与3C领域带动了大量的显示屏幕精细加工的需求,Spectra-Physics的应用工程师针对硅、玻璃和陶瓷等脆性材料加工投入研发,推出了Talon 、Ascend™、IceFyre等皮秒/飞秒系列产品。


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