光谷實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)與華日激光合作開展相干合束試驗(yàn)。(本文圖片均為湖北日報全媒記者 魏錸 攝) 湖北日報全媒記者 李源 通訊員 嚴(yán)莎

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激光被譽(yù)為“最快的刀”。近年來，具備超快、超強(qiáng)和超寬頻譜特點(diǎn)的飛秒激光技術(shù)日趨成熟，在特種加工、晶圓切割、近視手術(shù)、檢驗(yàn)檢測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

脈沖寬度和輸出功率，是衡量飛秒激光器水平高低的核心指標(biāo)。盡可能壓縮脈寬的同時提升功率，是各大研發(fā)機(jī)構(gòu)以及飛秒激光器生產(chǎn)廠商競逐的焦點(diǎn)。

日前，光谷企業(yè)華日激光宣布，其與光谷實(shí)驗(yàn)室攜手研發(fā)的飛秒激光器非線性壓縮模塊已具備行業(yè)應(yīng)用條件，即將走向市場。

“應(yīng)用非線性壓縮模塊后，華日激光生產(chǎn)的飛秒激光器脈寬可壓縮至200飛秒以下、功率超過500瓦。這款產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白，具備沖擊國際先進(jìn)水平的潛力。”華日激光超快光纖實(shí)驗(yàn)室主任陳少祥說。借智借力光谷實(shí)驗(yàn)室，華日激光的拳頭產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了“能級躍升”，研企合作磨出了“更快的刀”。

為飛秒激光器加裝“渦輪增壓器

華日激光在高端激光器研發(fā)生產(chǎn)和激光應(yīng)用領(lǐng)域挨爬滾打多年，激光器產(chǎn)品線涵蓋皮秒、納秒、飛秒等多個領(lǐng)域。

梳理其飛秒激光器產(chǎn)品不難發(fā)現(xiàn)，功率超過百瓦的產(chǎn)品僅有2款，且脈寬僅為500到800飛秒，脈寬達(dá)到300飛秒的產(chǎn)品，功率卻不超過100瓦。

“業(yè)界普遍認(rèn)為，激光器的脈寬小于200飛秒，才是‘真’飛秒，而要吸引高端行業(yè)用戶，輸出功率至少要達(dá)到500瓦。”陳少祥坦言，脈寬和功率兩座大山橫亙在前，制約了華日激光沖擊高端的步伐。

轉(zhuǎn)機(jī)發(fā)生在2021年。當(dāng)年2月13日召開的湖北省科技創(chuàng)新大會上，包括光谷實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的首批7個湖北實(shí)驗(yàn)室集中揭牌。5月14日，光谷實(shí)驗(yàn)室理事會第一次會議明確提出.重點(diǎn)推進(jìn)千瓦飛秒光纖激光與EUV相干光源等4大項(xiàng)目聯(lián)合科研攻關(guān)。

飛秒激光器非線性壓縮模塊，脫胎于光谷實(shí)驗(yàn)室與華日激光的聯(lián)合科研攻關(guān)。

陳少祥介紹，非線性壓縮模塊可被形象地理解為汽車上使用的渦輪增壓器一--通過應(yīng)用該模塊，可在不影響激光器主體輸出穩(wěn)定性與高光束質(zhì)量的前提下，獲得50飛秒、500瓦量級的高功率極窄超快脈沖輸出。“對華日激光飛秒激光器產(chǎn)品線來說，可謂顛覆性創(chuàng)新。

據(jù)了解，當(dāng)前全球范圍內(nèi)可提供極窄超快脈沖輸出的鈦寶石飛秒激光器生產(chǎn)研發(fā)被歐美企業(yè)壟斷。然而其售價動輒超過百萬元，且對使用環(huán)境要求極其苛刻。更重要的是，鈦寶石飛秒激光器的功率最高僅為10瓦，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)級應(yīng)用。

業(yè)內(nèi)人士指出，光谷實(shí)驗(yàn)室與華日激光攜手推動非線性壓縮技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線，無異于在飛秒激光器應(yīng)用領(lǐng)域扔下一顆“重磅炸彈”。憑借這一產(chǎn)品，華日激光有望在高端飛秒激光器市場站穩(wěn)腳跟。

KPI從“寫論文”轉(zhuǎn)向“產(chǎn)業(yè)化”

“從校企合作到研企合作，科技成果轉(zhuǎn)化的質(zhì)量和效率都有顯著提升。”談及激光非線性壓縮技術(shù)走向應(yīng)用的過程，華中科技大學(xué)光電學(xué)院、光谷實(shí)驗(yàn)室雙聘教授李政言很是感慨。

事實(shí)上，作為光谷知名激光企業(yè)，華日激光很早就與華中科技大學(xué)等本地高校展開合作，推動科研成果轉(zhuǎn)化。陳少祥回憶，2018年，華日激光就曾向華中科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)提出合作推動激光非線性壓縮技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化，受科技成果轉(zhuǎn)化機(jī)制等因素影響，一直難以實(shí)質(zhì)推進(jìn)。

科研端，精密測量、精密探測、物質(zhì)反應(yīng)過程觀測等領(lǐng)域迫切需要飛秒激光器脈寬“再窄一點(diǎn)”，應(yīng)用端，晶圓加工廠、面板生產(chǎn)廠、電池制造廠等企業(yè)迫切需要飛秒激光器輸出功率“再大一點(diǎn)”。

“技術(shù)和市場都有呼聲。”李政言說，華中科技大學(xué)在激光非線性壓縮領(lǐng)域深耕多年，具備深厚的技術(shù)儲備。但機(jī)制和平臺的缺失，讓科研成果難以從論文變成產(chǎn)品。他說，高校的核心工作是教書育人，對教師的考核，重點(diǎn)是上了多少課、發(fā)了多少論文。以非線性壓縮技術(shù)為例，相關(guān)科研成果是否應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)端，是否走向市場，對教師考核而言只是“錦上添花”，很難因此充分調(diào)動積極性。

“光谷實(shí)驗(yàn)室成立之后，教師被‘解放’了。”華中科技大學(xué)物理學(xué)院、光谷實(shí)驗(yàn)室雙聘教授張慶斌說。以光谷實(shí)驗(yàn)室聘用教授身份與企業(yè)開展聯(lián)合科研攻關(guān)，科研成果有沒有支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為考核重點(diǎn)，寫論文反而成了“錦上添花”。

“能為之不斷奮斗的好科研項(xiàng)目，是要么“上書架’，要么“上貨架’，當(dāng)然最好是兩者都能上。”李政言說，用論文承載科研成果，體現(xiàn)了自己作為高校教師的價值。實(shí)現(xiàn)科研成果的轉(zhuǎn)化，同時解決了企業(yè)關(guān)切的問題，則體現(xiàn)了自己作為光谷實(shí)驗(yàn)室成員的價值。這個過程實(shí)現(xiàn)了KPI的轉(zhuǎn)向，讓高校教師更有成就感。“我們不僅在實(shí)驗(yàn)室里寫論文，更在生產(chǎn)線上轉(zhuǎn)化了成果。”

國產(chǎn)高功率飛秒激光器漸行漸近

上月，華日激光攜非線性壓縮模塊公開亮相上海光博會，吸引不少潛在客戶關(guān)注。年內(nèi)，該模塊有望開始接單，真正實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用。

李政言說，從2021年下半年雙方正式開始接觸，到去年下半年生產(chǎn)出第一臺樣機(jī)，研企合作經(jīng)歷了很長一段時間磨合期。

對標(biāo)的是國際先進(jìn)水平，研發(fā)難度不言而喻。脈寬降不下來、功率升不上來，怎么辦?為提升合作質(zhì)效，光谷實(shí)驗(yàn)室派人常駐華日激光，教授專家“隨叫隨到”，雙方緊密協(xié)同、攜手攻關(guān)。

“研企合作積極、深度，互相毫無保留。”陳少祥說只有解開束縛創(chuàng)新的枷鎖，雙方才能真正“甩開膀子干”。

非線性壓縮模塊的成功研發(fā)固然值得欣喜，也應(yīng)看到，國際先進(jìn)水平已將脈寬壓縮至個位數(shù)，德國產(chǎn)的飛秒激光器，輸出功率高達(dá)千瓦甚至萬瓦。

對標(biāo)光谷實(shí)驗(yàn)室提出的“千瓦級”目標(biāo)任務(wù)，新技術(shù)新產(chǎn)品研發(fā)還有很長一段路要走。在張慶斌教授的帶領(lǐng)下，光谷實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)正與華日激光合作開展相干合束試驗(yàn)。

“一束激光功率和能量有限，把幾束、十幾束甚至幾十束激光‘合’在一起，功率和能量就上去了。”李政言說，相干合束技術(shù)可在保持脈寬恒定的同時，有效提升激光器的功率和能量，目前已具備200瓦、230飛秒的國內(nèi)領(lǐng)先水平。不久的將來，我們有望看到更多飛秒激光器的世界級創(chuàng)新成果從華日激光走下產(chǎn)線。

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