自20世紀60年代問世以來,激光已經成為(wei) 人們(men) 生產(chan) 生活中的“常規武器”:在工業(ye) 領域,激光可輕鬆勝任打孔、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(jun) 事上,提高激光能量可製成威力無窮的光武器。
根據激光器的工作方式,激光可分為(wei) 連續激光和脈衝(chong) 激光。拿手電筒做個(ge) 比方,始終合上按鈕就是連續工作,迅速一開一關(guan) 就相當於(yu) 發出一個(ge) “光脈衝(chong) ”。連續激光的輸出功率一般比較低,適合於(yu) 激光通信、激光手術等場合﹔脈衝(chong) 激光則具有較大輸出功率,適合於(yu) 切割和測距等。
近年來,超短脈衝(chong) 激光成為(wei) 激光領域的先端發展趨勢。脈衝(chong) 越短,激光的精度越高、釋放的能量越大。在實驗室裏,激光脈衝(chong) 已達到飛秒級別(1飛秒等於(yu) 千萬(wan) 億(yi) 分之一秒)。我們(men) 知道,光一秒鍾可穿越30萬(wan) 千米,但它在100飛秒的時間內(nei) ,隻能通過人的頭發直徑那麽(me) 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衝(chong) 激光精加工技術,被授予德國總統未來獎,博世也成為(wei) 第一個(ge) 將超短脈衝(chong) 激光投入大規模應用的工業(ye) 企業(ye) 。
超快激光精密加工有兩(liang) 大特點。一是“冷加工”。傳(chuan) 統的激光加工術(包括納米激光)往往會(hui) 使金屬、玻璃等加工原材料受熱熔化。皮秒(一皮秒等於(yu) 1000飛秒)和飛秒激光產(chan) 生的局部高溫可達6000攝氏度,比太陽表麵溫度還高,受作用材料表麵來不及產(chan) 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衝(chong) ,加工時切麵整齊、無微裂紋、無材料損傷(shang) 、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鑽孔,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(wan) 個(ge) 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隻有0.7毫米,使用傳(chuan) 統金剛石切割玻璃基板易產(chan) 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。超快激光用於(yu) 太陽能電池的鑽孔、刻線、劃槽以及表麵紋理化,可提高電池的光電轉換效率,降低生產(chan) 成本。為(wei) 治療血栓而植入人體(ti) 動脈的支架,有時會(hui) 生長疤痕組織,導致血管再次堵塞,而超快激光器加工製成的支架表麵則非常光滑,大大減少了疤痕組織生長的機會(hui) ……在節能環保、信息、生物、高端裝備製造業(ye) 和新材料等領域,超短脈衝(chong) 激光都有用武之地。
21世紀將成為(wei) “光的世紀”。美國全球行業(ye) 分析公司預測,2015年全球以激光為(wei) 主的光電子產(chan) 業(ye) 總產(chan) 值將接近1萬(wan) 億(yi) 美元。德國通快激光公司副總裁彼得·萊賓格指出,曆史上最重要的技術革命都發生在生產(chan) 工具領域,它們(men) 在改變技術發展曆程方麵的作用比具體(ti) 產(chan) 品大得多。“超短脈衝(chong) 激光就是這樣一種工具。”
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