陳岐岱:我國飛秒激光科研水平已位居世界前列


陳岐岱:我國飛秒激光科研水平已位居世界前列

1.陳教授您好,感謝您接受我們的採訪, 您從事的是微納光子、飛秒激光製備技術方面的研究,請簡單介紹一下飛秒激光製備技術可用來做什麼?

陳岐岱教授:飛秒激光微納製備技術最早出現於20世紀90年代中期,當時只能做一些簡單打點、劃線工藝。其精度只可以實現數百納米的範圍,後來比較關鍵的事件是2001年孫洪波教授發表了“納米牛”的工作,它其實也是涉及到飛秒激光微納加工,是採用飛秒激光在聚合物材料製作的。這項工作引起了國內外廣泛關注,自此後許多科研人員在飛秒激光雙光子聚合方面做了大量工作,例如利用飛秒激光做各種各樣的3D晶片、3D造型,納米尺度的複雜結構,還包括我們做的各種仿生結構、生物光子學器件、微流控芯片、三維金屬部件等。

目前看來,採用飛秒激光的增材製造進展略顯緩慢,主要原因是飛秒激光製備的器件,精度非常高,而實際加工點尺寸小,因此較長的製作時間是不能被接受的。因此飛秒激光的增材製造在過去幾年基本上是平緩發展的。

另外一個重要發展是2010年開始出現的1μm波長的飛秒激光器,特別是大300皮秒的產品出現,在工業上,尤其是金屬、玻璃這類材料的加工出現,導致其工業應用市場爆發式增長。近年也看到了非常多的飛秒激光工業應用研究,它在易脆材料的精密切割、打孔等都可以發揮重要作用。

最後我需要提及的是,飛秒激光用來做光子器件,這一方向是從2005年左右開始展開。其特點是利用飛秒激光的高精度加工,能夠實現納米尺度加工、三維加工,製備各種各樣的光學三維元件,包括微透鏡、量子芯片、集成光路等。目前這項工作主要還處在前沿科研領域,還未實現充分的市場應用。

2.飛秒甚至阿秒等光子技術仍然是世界科研熱點,國內有哪些機構在做,另外我國的發展水平如何?

陳岐岱教授:目前國內有許多科研機構在做這方面科研工作,包括位於北京的中科院物理所、天津大學、清華大學、西安交大等多個單位很早就已經進入飛秒激光科研。在這個層面說,國內飛秒激光科研一直跟隨國外領先水平發展,差距並不是很大;而在工業應用層面上,我國與國外的發展應用現狀還存在較大的差距,如果要具體說明,我認為可能有近10年的差距。

再談到商用產品,能夠提供科研用的高功率飛秒激光器,國內中科院物理所是做得比較成熟的,不過與外國的相干公司、光譜物理公司相比仍然有差距。而工業用的飛秒激光器,以通用的波長1μm的產品為例,國內使用的產品仍然以進口飛秒激光器為主,但是越來越多國內公司取得了突破性成果,包括武漢華日激光、安揚激光等多家企業推出了50W以上的激光器。目前我認為國產飛秒激光器與國外產品相比,可能會在功率水平、工業化應用、穩定性還有一定的差距。

3.目前飛秒激光在醫療上有成熟應用,但是工業應用還比較少,皮秒加工還未普及,飛秒激光加工是否會更加長遠?

陳岐岱教授:過去幾年,我一直從事超快激光應用開發,在過去較長時間裡,皮秒激光的發展確實比飛秒激光快,但是我認為隨著激光應用的開發與發展,在一些特殊的領域上,飛秒激光會部分取代皮秒激光,目前從成本上來說,它們之間的差距並不是很大。另外一點,此前很多人之所以選擇皮秒加工而不是飛秒,一個重要原因是皮秒激光更能夠適應工業環境,而飛秒激光對加工環境還是比較敏感,要求較高。現在多家公司推出了全光纖飛秒激光器,讓飛秒激光器能夠走向更多工業應用,但這個過程還是很漫長,並且要真正推廣飛秒激光器,還要探索到飛秒激光的獨特應用,就是皮秒做不到的。目前看來還沒有一項飛秒激光專屬應用出現,還需要一些時間。

4.有人說一般的精密加工採用皮秒激光已經夠用,那麼飛秒激光微加工的應用具有哪些優勢或特點?

陳岐岱教授:確實如此,對於目前已知的大部分工業激光精密加工,皮秒激光已經可以解決問題。對於一般性的加工聚焦尺度在10微米以上的,採用皮秒激光和飛秒激光沒有本質的差別。然而在一些情況下飛秒激光仍然比皮秒激光擁有優勢,第一個是飛秒激光可以非常好地成絲,這樣的聚焦比較長,能夠在材料的內部進行隱形切割或隱形制造。第二個是飛秒激光脈衝更短,它可以顯現更好的非線性效應,它的二倍頻、三倍頻至紫外光,效率可能更高,因此在飛秒的紫外光可能會比皮秒級的耐用性、可靠性更高一些。再一個是在一些科研領域,比如加工要求是500納米以下,並且是在內部進行精密加工,那麼飛秒激光一定是一個優先考慮的選擇。


分享到:


相關文章: