皮秒激光器影響著特殊應用領域
近日，三星、華為先后發(fā)布了折疊屏手機Galaxy Fold和HUAWEI Mate X，在點燃業(yè)界對手機新形態(tài)關注的同時，也讓OLED柔性屏成為業(yè)內關注的焦點。
相比傳統(tǒng)的LCD顯示結構，以電流驅動有機薄膜本身來發(fā)光的OLED屏幕響應速度快，厚度也更?。ㄐ∮?.5mm）。這對用來支撐整個OLED的基板（透明塑料、玻璃、金屬箔）提出了超薄化要求。此外，OLED封裝對環(huán)境要求極為嚴格，需要隔絕氧氣和水汽，這也對密封的精密度提出了更高要求。要滿足如此高要求高精度的加工條件，超快激光加工技術成了最好的選擇。
超快激光加工原理
超快激光可以將光能集中在皮秒至飛秒的時間間隔內，并將光聚焦到比頭發(fā)直徑還要小的超細微空間區(qū)域，使得電磁場的強度比原子核對其周圍電子的作用力還要高出數倍，從而實現許多地球上所不存在的、其他的方法也無法得到極端物理條件。同時，激光能量集中在如此短的時間內，會獲得巨大的單脈沖能量和極高的峰值功率，高功率密度的激光脈沖能輕易地剝離外層電子，使電子脫離原子的束縛，形成等離子體。
由于激光與材料相互作用的時間極短，等離子體還沒來得及將能量傳遞給周圍材料，就已經從材料表面被燒蝕掉，能在很大程度上避免長脈寬、低強度激光造成材料熔化與持續(xù)蒸發(fā)現象（熱影響），確保了加工過程中不會對所涉及的空間范圍的周圍材料造成影響，大大提高了加工質量。超快激光加工也因此被稱為“冷加工”。
此外，激光的非接觸式加工也可避免傳統(tǒng)機加方式切割容易發(fā)生崩邊、裂紋等問題，具有精度高、不產生微裂紋、破碎或碎片問題、邊緣抗破裂性高、邊緣保持了光學性能、無需沖洗、打磨、拋光等二次制造成本等優(yōu)點，降低成本的同時大幅提高了工件良率及加工效率。
當前產業(yè)現狀簡介
超快激光幾乎可加工所有的材料，包括金屬、半導體、鉆石、藍寶石、陶瓷、聚合物、復合材料和樹脂、光阻材料、薄膜、ITO膜、玻璃、太陽能電池片等等。廣泛的適用性也為超快激光產業(yè)帶來了巨大的市場容量，同時，伴隨著電子產品更新節(jié)奏加快，有著無可比擬優(yōu)勢的超快激光技術也獲得了更多的表現機會，超快激光器、精密激光加工設備也由此獲得長足發(fā)展。
據OFweek研究中心數據顯示，全球工業(yè)激光器收入從2012年的23.4億美元增加至2017年的46.8億美元，近三年的市場規(guī)模增長率分別為10.6％、24.2％和28.6％。其中超快脈沖激光器占比約為24％，預計2020年，全球超快脈沖激光器市場規(guī)模有望突破15億美元。
2012－2017年全球激光器市場規(guī)模及增長率（單位：億美元）
數據來源：OFweek行業(yè)研究中心
目前超快激光器市場基本被國外公司主導，如美國相干、Spectra－Physics（光譜物理）、德國通快、EdgeWave、丹麥NKT光子等，他們占據全球近90％的市場份額。其中，創(chuàng)建于1961年的Spectra－Physics是第一家讓激光技術走向商業(yè)化的公司，憑借接近60年的技術積累成為全球頂尖的激光器供應商之一。
國內的超快激光研究起步較晚，但近年來政府、科研機構及企業(yè)加強了對超快激光的重視程度，依靠政策傾斜及企業(yè)的大力投入，正在追趕國際先進水平。在超快激光器方面，國內的華日激光、大族激光、貝林激光、英諾激光、卓鐳激光、安揚激光等，均致力于實現激光核心器件國產化。
而國內的激光設備商中，大族激光、華工激光能提供全產線激光設備，利用資本優(yōu)勢及技術積累，在精密加工領域有著出色表現，而如德龍激光、盛雄激光、聯(lián)羸激光、逸飛激光等中小企業(yè)，也各自在脆性材料加工、動力電池焊接等細分領域有不俗表現。
在光源選擇方面，與飛秒激光相比，皮秒激光不需要為了放大而展寬和壓縮脈沖，因此皮秒激光器的設計相對簡單，成本效益更高，性能更可靠，并且已足以勝任當前市面上高精度、無應力的微細加工。因此當前皮秒激光器是超快激光加工的主流光源，飛秒激光器的市場還需1－2年的成長時間。
紫外皮秒新方案
盡管從長遠來看，超快、超強是激光發(fā)展的兩大趨勢，飛秒激光甚至是比飛秒激光更快的下一代超超快激光，將在未來的醫(yī)療、科研應用上具有更大的優(yōu)勢，但眼下更值得關注的仍是皮秒激光產品。
今年2月初，在激光器領域耕耘近60年的Spectra－Physics發(fā)布了首款具有顛覆性性價比的工業(yè)紫外皮秒激光器——IceFyre 355－30。據介紹，這款激光器能輸出波長為355nm、平均功率大于30W、峰值脈沖能量大于60μJ、重復頻率可調范圍從單脈沖到3MHz的紫外激光。
Spectra－Physics紫外皮秒激光器IceFyre 355－30
同時，IceFyre 355－30還具有TimeShift? ps可編程脈沖靈活性、按需脈沖和位置同步輸出（PSO）觸發(fā)功能，提供前所未有的多功能性。TimeShift? ps可編程脈沖功能，可在一次脈沖串中通過調整脈沖串形狀、脈沖間隔和脈沖數量來實現靈活的脈沖串模式操作，并且全部提供高紫外功率。
IceFyre 355－30是當前市面上尺寸最小的紫外皮秒激光器。它將電源與激光頭合為一體置于堅固而緊湊的封裝中，易于集成到機械工具上，使用更為便捷。此外，該激光器通過了廣泛的環(huán)境檢驗測試，可靠性極高。該激光器實現了全自動和計算機控制，在全天候運轉的情況下，功率和光束指向穩(wěn)定性極為出眾，其高精確度和重復性十分適合要求嚴苛的應用領域，如5G柔性印刷電路（FPC）、平板OLED顯示器、太陽能電池、陶瓷、塑料以及其他材料和設備的高產量制造中的冷微加工。
Spectra－Physics激光器高級副總裁兼總經理Dave Allen 表示：“IceFyre 355－30重新定義了紫外皮秒工業(yè)激光器的市場。憑借性能、穩(wěn)定性與低成本的組合極其引人注目，這款新型激光器將成為大批量精密制造、消費類電子產品中的應用以及可再生能源和工業(yè)應用的推動者。”
據悉，Spectra－Physics的IceFyre 355－30激光器將于2019年3月20日至22日在慕尼黑上海光博會上展出。在以往國內外企業(yè)的競爭中，國產品牌往往主打性價比優(yōu)勢，而當國外品牌也推出具有“能顛覆整個產業(yè)的”性價比優(yōu)勢的產品時，國內企業(yè)該何去何從？超快激光是否將步入性價比時代？讓我們拭目以待。
