超快激光--精密加工領域新一代主流

超快激光是精密加工領域新一代主流技術:超快激光器是指輸出激光的脈沖寬度在皮秒(10-12秒)級別、或小于皮秒級別的脈沖激光器，根據輸出激光的脈寬不同，超快激光器又可分為皮秒激光器、飛秒激光器、阿秒激光器等。

超快激光是能量激光領域最重要的技術方向之一，作為一種新興的材料加工技術手段，在加工精度方面有著顯著優勢。隨著技術的逐漸成熟和成本不斷下降，超快激光市場有望在未來幾年迎來爆發。

超快激光器是指輸出激光的脈寬在皮秒(10-12秒)級別或小于皮秒級別的脈沖激光器，是激光器按照能量輸出波形進行分類的一種。

激光器有多種分類方法，其中最常用的分類方法有四種，包括以工作物質分類、以能量輸出波形(工作方式)分類、以輸出波長(顏色)分類、以功率大小分類等。

其中，按照能量輸出波形，激光器可以分為連續激光器、脈沖激光器、和準連續激光器。

連續激光器

在工作時間內連續輸出穩定能量波形的激光器，其特點是功率較高，能夠加工體積大、熔點高的材料，如金屬板材等。

脈沖激光器

以脈沖形式輸出能量，根據脈沖寬度，脈沖激光器可進一步分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒機關器、皮秒激光器、飛秒激光器、及阿秒激光器等;

例如，如果一臺脈沖激光器所輸出激光的脈寬在1-1000ns之間，我們稱之為納秒激光器，以此類推;我們將皮秒激光器、飛秒激光器、及阿秒激光器等，稱作超快激光器。

脈沖激光器的功率遠低于連續激光器，但加工精度高于連續激光器，且一般情況下，脈寬越窄，加工精度越高。

準連續激光器

介于連續激光器和脈沖激光器之間，可以在一定周期內重復輸出比較高能量的激光，理論上來說也是一種脈沖激光器。

以上三種激光器的能量輸出波形，也可以用“占空比”這個參數來描述，對于激光器來說，占空比可解釋為在一個脈沖循環內，有激光能量輸出的時間相對于總時間所占的比例。

在材料加工領域，最初脈沖激光器是連續激光器的過渡產品，這是由于早期受到核心元器件的承受能力、工藝水平等因素的影響，連續激光器的輸出功率不可能很高，無法將材料加熱到熔點以上從而達到加工的目的;若通過一定的技術手段，使激光的輸出能量集中在單個脈沖上，這樣雖然激光器的總功率沒有發生變化，但在脈沖發生的時間點上的瞬時功率卻大大提高，滿足了材料加工的訴求。

后來連續激光器技術逐漸成熟，人們發現脈沖激光在加工精度上有很大的優勢，這主要由于脈沖激光對材料的熱效應更小，且激光脈寬越窄，熱影響越小，加工材料邊緣越平整(對應的加工精度越高)。

超快激光器也被稱作“超強超短脈沖激光器”、“超短脈沖激光器”等，但我們更愿意稱之為“超快激光器”，是因為這個定義與“超快現象”有關。

超快現象是指發生在物質微觀體系中快速變化的物理、化學或生物過程中的一種現象:在原子分子體系中，原子及分子自身運動的時間尺度大約在皮秒到飛秒量級，如分子轉動的周期在皮秒量級，振動的周期約在飛秒量級;當激光脈沖脈寬達到皮秒或飛秒級別，可以在很大程度上避免對分子整體熱運動的影響(分子熱運動是物質溫度的微觀本質)，而在分子震動的時間尺度上對物質產生影響，使得在達到加工目的的同時，熱效應大大降低。

與納秒及毫秒激光器相比，超快激光器雖然整體功率更低，但由于其直接作用于材料分子震動的時間尺度，在真正意義上實現了冷加工，因此加工精度大大提高。

從用途來看，高功率連續激光器和超快激光器幾乎不存在相互替代的關系，它們一個像板斧一個像鑷子，尺寸各有短長。

非超快脈沖激光器的下游應用與連續激光器和超快激光器都分別有一些重合，從實際結果來看，同一用途下，其功率不如連續激光器，精度不如超快激光器，比較突出的是性價比。

尤其是納秒紫外激光器，雖然其脈寬沒有達到皮秒級別，但加工精度較其他顏色的納秒激光器有較大提升，已比較廣泛的應用于3C產品的加工制造，與超快激光器下游應用重疊度較大。未來隨著超快激光器成本下降，可能會侵占納秒紫外的市場。

就近年的市場情況來看，短脈沖與超短脈沖激光器是激光領域的一大熱點，從事這一領域需要大量資金與人才資源的投入。目前，國內廠家正不斷推進國產化替代，在這方面突破也將造福眾多下游產業，提升國內激光產業競爭力。