隨著越來越多的企業(ye) 舉(ju) 身投入到工業(ye) 激光器領域，加上工業(ye) 激光器的尺寸在縮小，成本在降低，而規格參數卻在不斷擴大，超短脈衝(chong) 激光器目前在工業(ye) 激光器世界倍受矚目。在最近舉(ju) 辦的慕尼黑光博會(hui) 上，各種不同輸出規格的超短脈衝(chong) 激光器令人耳目一新。

    本文介紹的超短脈衝(chong) 激光器被界定為(wei) 脈衝(chong) 長度小於(yu) 1納秒或更短。眾(zhong) 所周知，激光器顯微加工要實現邊緣切割齊整，需要高性價(jia) 比的產(chan) 品，以及最關(guan) 鍵的峰值功率強度。而這可以通過使用超短脈衝(chong) 、超高脈衝(chong) 、超小光斑尺寸或者綜合使用以上所有方式來實現。在這些條件達到最優(you) 的時候，即使在波長“透明”的材料中也能實現邊緣切割齊整的加工要求，而這幾乎與(yu) 波長無關(guan) 。確切機製是很複雜的，而且仍存在一些爭(zheng) 議，但確實能產(chan) 出邊緣切割齊整的激光加工零部件，而極少甚至完全不需要後期加工處理。

    激光器不同的連續波意味著激光燈總是亮著，對於(yu) 超短脈衝(chong) 激光器來說，激光燈亮的時間相對極短。

    比如，如果一個(ge) 激光脈衝(chong) 是100飛秒，那該激光器的重複率是100Hz，則該激光器實際開動的時間要比關(guan) 閉的時間少多個(ge) 數量級。實事求是地說，可以將坐標係統轉換成我們(men) 人類容易理解的坐標係。如果100飛秒轉換成1秒，在第一個(ge) 脈衝(chong) 後大約3.5年會(hui) 有第二個(ge) 脈衝(chong) ，或者從(cong) 另一方麵說，激光關(guan) 閉的時間比開著的時間長1億(yi) 倍。

    公司反饋

    當準備寫(xie) 這篇文章時，我們(men) 對表1和2中所列的所有公司的負責人做了一次問卷調查，並將他們(men) 的反饋相互關(guan) 聯起來。雖然這絕不是一個(ge) 完整的調查，但也包括了激光加工市場上的大部分主要參與(yu) 者，在此也向沒包括在內(nei) 的廠商表示歉意，同時非常歡迎你們(men) 的反饋。表中參與(yu) 者被劃分為(wei) 皮秒和飛秒激光器，雖然在某些情況下這兩(liang) 者之間會(hui) 有重合。表中的排名僅(jin) 代表大多數標準產(chan) 品線，盡管許多公司生產(chan) 的定製係統的技術指標會(hui) 超過表中所列的係統。

    皮秒激光器

    表1顯示了皮秒激光器的主要供應商。在大多數場景下，基本波長是1064毫米，通過使用多種不同的技術獲取。通常，商用上的可用輸出功率會(hui) 達到50瓦，TRUMPF和Edgewave這樣的製造商能夠達到幾百瓦。大多數的被調查者表示，在幾乎所有場景下，每一步的第二和第三諧波的轉換效率在50%左右。一些供應商也提供了第四諧波，但這些往往非常昂貴，甚至與(yu) 第三諧波比起來，光學降解非常快。 

超短脈衝(chong) 激光器

    在表格的“優(you) 點”和“計劃”欄中，包括了尺寸更小，功率更高，每次脈衝(chong) 的頻率更高，脈衝(chong) 長度更短以及成本更低。此外，一些供應商正尋求通過使用更快速的掃描器（這在試圖使用極高重複率時存在很大的限製）等應用工作來改進激光器之外的加工工藝，並為(wei) 客戶的定製應用提供支持。這是極為(wei) 關(guan) 鍵的，因為(wei) 擁有了世界上最好的激光器，並不意味著就會(hui) 自動獲得最好的加工效果。同時還需要相應的優(you) 良係統組成部件，如光學器件，掃描器以及軟件。

    有趣的是，相幹（Coherent）公司（年收入近10億(yi) 美元）在去年收購了Lumera公司後，現在提供兩(liang) 種貌似互相競爭(zheng) 的產(chan) 品——Talisker和Lumera型號激光器。目前尚不清楚未來將是何種狀況，但目前來說，似乎Lumera激光器解決(jue) 的是高功率和低功率的需求，而Talisker解決(jue) 的是剩餘(yu) 的其它需求。

    飛秒激光器

    表2展示了主要的飛秒激光器供應商。所列的大多數供應商的輸出功率能夠達到25瓦，使用放大器技術後能夠達到幾百瓦。基波波長隨著基礎技術的不同而不同，大多數波長介於(yu) 1028納米至1064納米，例外情況是大家都知道的Raydiance和Rofin。盡管使用更長的基波波長可能會(hui) 帶來好處，但並不適合更高的諧波，因為(wei) 即便是四倍的波長，波長仍然隻有375微米，還不是紫外線範圍。在多數應用中，隻要能夠獲得所需的光斑尺寸，這並不是問題。即便是在能夠100%完全吸收光子並且沒有熱影響區域的情形下，簡單的物理學也限製了使用紅外光子時能夠獲得的目標上的光斑尺寸，因此在這些情形下，需要最小的光斑尺寸，頻率轉換非常重要。  

超短脈衝(chong) 激光器

    這張表中所列的大多數公司隻製造飛秒激光器，他們(men) 的優(you) 點中也列出了這一長期專(zhuan) 長。盡管每一家公司都看重更低的成本，更高的功率和更小的尺寸，Spectra-Physics公司卻正在尋求“破壞性”的性能，為(wei) 了能從(cong) 同行中脫穎而出，這可能是必須的，盡管還在探索達到目標的方法。

    表格中未涉及脈衝(chong) 波形的時序和空間問題。擁有性能良好、界限明確、邊緣切割整齊的脈衝(chong) ，而需要極少或不需要基座，這至關(guan) 重要。圖1展示了一個(ge) 不需要基座和底部的邊緣切割整齊的脈衝(chong) 。此外，對於(yu) 大多數應用來說，需要圓形高斯光束，如圖2所示。 #p#分頁標題#e#

超短脈衝(chong) 激光器

    關(guan) 於(yu) “優(you) 點”，一些公司表示他們(men) 並不隻是提供激光器，而且提供全麵的整體(ti) 解決(jue) 方案，意即不隻是提供激光器，還提供光學器件和應用。這值得關(guan) 注，因為(wei) 很多情況下普通讀者並不清楚什麽(me) 和例如400瓦的飛秒激光功率相匹配。此外，到底需要多短的脈衝(chong) ，是否可以在不損害其它性能的情況下實現？例如，由於(yu) 超短脈衝(chong) 激光器（低於(yu) 100飛秒）的大型帶寬，光學器件成了一個(ge) 難題，特別是在聚焦小型光斑時。因此，使用150-200飛秒範圍內(nei) 的脈衝(chong) 可能更好，這對於(yu) 多數應用來說已經“足夠短”了，而且還不必費力地應對光學問題。這類激光器市場包括醫療器械製造，玻璃、藍寶石及其它質地堅硬物質以及易碎物質的切割和刻痕，以及航空應用。

超短脈衝(chong) 激光器

    其它需要考慮的因素

    最後，必須考慮訂貨至交貨的時間以及成本，包括資本成本和運營成本，由於(yu) 需要考慮的方麵很多而未一一列出，包括期權、匯率和折扣。但是，上述大多數激光器的成本在2500，00美元至350，000美元之間，激光器的功率越大（或超短脈衝(chong) 激光器）成本越高。運營成本難以確定，但肯定會(hui) 高於(yu) 納秒激光器。標準產(chan) 品的訂貨至交貨時間從(cong) 8周至10周不等，大功率產(chan) 品則可能超過6個(ge) 月。另外一方麵，一些皮秒激光器在價(jia) 格方麵尤其具有吸引力。例如，Ekspla公司和Attodyne公司認為(wei) 其產(chan) 品比同類產(chan) 品相比的優(you) 勢在於(yu) 成本要低1/3。這使得其成本極為(wei) 接近納秒激光器，而且很明顯成本差異將迅速消失。因此，對於(yu) 大多數微加工應用來說，尚不清楚今後有無必要使用納秒激光器，特別是在成本差異可以忽略不計的情況下。