OFweek 2018（第十四届）先进激光技术应用

　　应用峰会暨‘维科杯’年度评选颁奖典礼”在上海成功举办。本次研讨会聚焦激光领域最新技术及应用，并邀请了行业内知名专家与企业代表出席会议，带来了精彩的主题演讲。超过300名观众参加会议，共同探讨激光产业未来发展方向和趋势。现场气氛活跃，观众与演讲嘉宾互动频繁，针对行业热点问题深入交流学习！

　　南京先进激光技术研究院副院长赵全忠教授首先带来“超快激光微纳制造进展及应用”主题演讲。他认为，超快激光具备独特的超短脉冲，能以较低的脉冲能量获得极高的峰值光强，能解决许多常规方法难以达到的高、精、尖、硬、难等加工问题，实现令人惊奇的加工效果，有效提升加工质量和加工效率，对工业加工产生深远影响。

　　通过直写、干涉、自相干等技术，超快激光可以在材料表面诱导从纳米到毫米跨尺度的结构，这些结构赋予了材料表面全新的性能，从而开拓出不同的应用领域。赵全忠表示，到2020年，超快激光器市场将会超过15亿美元，市场潜力巨大。超快激光科学是一门非常年轻的新学科，近几年随着高功率皮秒、飞秒激光和光纤超快激光技术的突破及商业化，超快激光已经从实验室走向了实际工业生产应用。随着高精度加工市场需求的不断扩大，超快激光将会得到更广泛的应用。

　　目前，国内精细加工还在处于起步期，主要存在两方面问题：一是光源，即皮秒、飞秒激光器光源的稳定性和可靠性问题，国内光源产品能够做到真正满足系统集成需求的还比较少；二是加工工艺，包括面向构造的加工工艺，这些工艺技术直接决定了设备的整体架构，对下游加工影响很大。

　　对此，上海市激光技术研究所副所长张伟表示，在市场需求的大力驱动下，先进激光技术不断加速产业应用。2017年是激光器市场的高峰年，市场合计约为125亿美元，其中工业激光器总收入超过了34亿美元。目前，中国已经成为了全球最大的激光加工系统市场，占到总份额的30％以上，并仍保持着高位增速。在工业激光系统方面，国产化进程不断加快，出口比率在持续增加。为了强化产业发展，需要整合资源，完善整个产业上下游的整体结构。特别是在上游材料、器件、制作工艺上多下功夫，这样才能摆脱对国外厂家的依赖。

　　半导体激光器作为一种新型光源，在众多加工领域有着极其广泛的应用前景。其结构紧凑、光束质量好、寿命长及性能稳定等优势受到青睐，主要作为光纤激光器的泵浦源、固体激光器泵浦源，也可直接应用于激光医疗，材料处理如熔覆、焊接等领域。

　　受光纤激光器向高功率方向发展趋势的影响，半导体激光器也在向高功率、高亮度发展。高亮度半导体激光器具有较高的光功率密度，经过合束器合束成为高功率光纤激光器理想的泵浦源。对此，天津凯普林光电科技有限公司产品经理赵巨云表示，“采用半导体激光焊接低碳钢和不锈钢，当激光功率为2 kW，焊接速度为0.2 m／min 时，半导体激光焊接低碳钢时，表面较不锈钢的焊缝形貌更宽，鱼鳞纹更明显。另外，焊缝更宽，热影响区更大。”他随后介绍了焊接速度与熔深、熔宽之间的对应关系、激光功率与熔深、熔宽之间的对应关系及其他焊接应用特点。

　　超快激光可应用在玻璃、陶瓷、蓝宝石等脆性材料的切割、钻孔和挖槽上，崩边小，无锥度，效率高，表面光洁度高。除此之外，还可实现材料表面油墨、PVD的去除以及透明材料的多焦点、长焦点隐形切割。

　　对此，武汉华工激光工程有限责任公司微加工面板事业部市场经理王博表示：“超快激光能够聚焦到超细微空间区域，同时具有极高峰值功率和极短的激光脉冲，加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响，从而做到了加工的‘超精细’。皮秒激光器提供更高的峰值功率、更高的重复频率和更好的光束质量，因此非常适合用于精细加工。”

　　而对于超快激光中更快的飞秒激光，王博表示：“飞秒激光加工的组织中没有熔融区，没有重铸层，不产生微裂纹；不受光的衍射极限的限制，具有很高的空间分辨性；对材料没有选择和限制性，可以对任何材料进行精细加工、修复和处理；需要的脉冲能量阀值极低，一般只有毫焦耳量级，这决定了加工能量的低耗性；加工过程不产生导致结构损坏的冲击波，不损坏临界的结构组织。”玻璃盖板激光切割机，用以取代传统CNC工艺，在加工效果和加工速率上都得到了很大提升，同时，兼具节能环保和成本上的优势。

　　随着3C产业发展火爆，新材料、新工艺的不断进步，对加工工艺也提出了更高的要求，而激光精密加工恰好满足了3C电子发展的需要。

　　作为激光精细加工领域的佼佼者，凌云光电主要产品包括精密微去除、精密微连接和精密精细标记三大类，在线材切割、薄膜板材切割、激光去漆、激光软钎焊、激光熔接焊、激光固化、雕刻标记、变色标记等方面有较多应用。在激光精密熔接焊方面，王锋针对钢片、塑料、有色金属、异性金属、难焊材料进行了介绍，并对CW、YAG和QCW焊接激光参数和焊接效果进行了对比。在具体的应用解决方案中，王锋从不同热效应、不同波长、不同脉宽3个角度介绍了激光在3C电子中的应用方案。

　　随后，王锋提到激光工艺在光纤上的应用，传统光纤连接器端面制作工艺容易造成污渍、划痕等问题，使用激光进行非接触式切割的方式能够有效提升切割质量和切割效率。然后，他从光斑形状的影响、入射角度、激光参数几大方向切入，更细致地讲解激光光纤加工工艺的特点及优势。并介绍了在激光电路板切割上的应用，包括了PCB电路板、FPC柔性电路板、软硬结合电路板。由于聚合物的不同组份对不同波长激光的吸收率不一样，需要选择合适的波长进行加工，紫外、绿光、CO2激光器都可以运用在电路板的切割技术中。最后，王锋分析了激光精细标记技术。

　　激光加工技术在智能手机中主要应用在激光标记与微加工、激光焊接、激光切割三大方面。在标记方面大家都比较熟悉，手机外壳、电池等部位都能看见激光标记的logo、法律文规等。而在激光微加工方面，多工位精密拼接技术使得外框更美观，玻璃微加工需要“哈口气”才能显字符起到很好的防伪作用，还有隐形的信息提醒图案，例如呼吸灯，指示灯。

　　对此，大族激光精密切割事业部产品中心总监万德润分析了多种激光焊接工作系统和和焊接应用，包括双摄像头固定板自动焊接流水线的焊接工序和工位、指纹识别模组焊接系统、弹簧支架焊接工作台、盖板焊接工作站、USB金属壳焊接工作站、连接器接头激光焊接、手机中板的设备配置特点和焊接工艺。

　　在激光切割方面，万总重点介绍了超快激光在玻璃切割、钻孔的应用和三类激光精密切割机的应用领域。万总表示，CO2激光切割机可用于玻璃前盖、后盖PET膜（3D膜、钻石膜、五彩膜）切割与显示模组、背光模组（偏光片、反射片、扩散片、导光板）的加工。金属激光切割机则用于手机中板、sim卡针、logo、散热微孔、防水微孔等的精密切割。陶瓷激光切割机则用于手机陶瓷中框、陶瓷后盖的切割。

　　此外，万总还介绍了激光在无线充电上（Tx端和Rx端）的应用。在Tx端，激光主要体现在主板PCB和充电外壳的标记以及CO2、绿光激光用于纳米晶格磁片的切割。在Rx端，激光则用于绕线线圈的剥离和切割。

　　在国家大力推进制造业转型升级的大背景下，先进的激光清洗技术愈加受到重视。相较于喷砂、化学药剂清洗、机械打磨等传统清洗方式，激光清洗拥有对基底无损伤，微米级精准控制，节能环保等众多优势，将在许多领域取缔一些传统清洗方式。

　　目前，激光清洗技术主要应用在微电子、文物保护、模具清洗、表面处理等领域。而在未来，这种新型清洗技术将会在飞机、舰船、桥梁等大型装备领域，以及飞机零部件、电气产品等精密部件精确除漆领域得到更广泛的应用。

　　针对国内产业现状，姚院士指出国内激光清洗技术存在技术和产业化相对落后的现状。虽然激光工艺应用点很多，但尚未形成成熟体系。此外，还存在相关标准缺乏的问题。目前，姚院士带领的团队正集合国内激光器生产企业、激光清洗技术研究所和高校、集成单位和应用单位四类代表性组织，联合成立专家委员会及行业标准筹备组，为激光清洗技术和产业指引方向。

　　半导体激光技术的应用非常广，在当前主流的四种激光器技术中，除CO2激光器不使用半导体激光器以外，固体激光器、光纤激光器都必须用半导体激光器作为泵源，基础都是基于高功率半导体激光技术。半导体激光器作为底层核心技术，广泛应用于工业加工、增材制造、医疗美容、光动力治疗、激光显示、红外监控、激光雷达测距、高能武器等领域。

　　目前，半导体激光器在朝着高功率、高亮度、高效率、高可靠性、低成本的方向发展。山东华光光电朱振经理表示：“实现半导体激光器高功率、高效率输出有几个关键技术需要掌握。在这些关键技术中，结构设计是高功率半导体激光器器件的基础，高功率半导体激光器的发展与外延芯片结构的研究设计紧密相关。MOCVD外延材料生长是半导体激光器最核心、最关键的技术，外延生长的晶体材料质量，会直接影响到激光器的内损耗、阈值电流密度、量子效率、工作电压等光电参数性能。激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节，而集成封装结合光纤耦合技术是获得千瓦、万瓦级激光的主要途径。”

　　在半导体激光器的国内外产业现状方面，朱振表示：“器件封装技术要求相对较低，国内产业基础好，发展迅速。芯片制备是LD的关键，技术要求较高。外延是整个产业的核心，技术难度大，国内基础相对薄弱。”最后，朱振介绍了国内一些致力于半导体激光器技术的生产研究单位，也介绍了华光光电的技术方向和产品。

　　作为全球微光学技术的领导者，LIMO在行业处于领先地位，至今保持着微透镜阵列的尺寸和精度的世界纪录。LIMO光学器件的材料范围众。