超快激光仍有許多應(yīng)用可能性
--訪Dirk Müller, Coherent(相干)公司市場總監(jiān)
1. 《激光制造商情》：您好，Müller博士，很高興能與您進(jìn)行交流，能否簡單跟我們介紹下您自己？
Müller博士：感謝給我這個(gè)訪談的機(jī)會(huì)。我是相干公司的市場總監(jiān)。相干是全球最大的激光公司之一。在我的市場部門，我特別負(fù)責(zé)的是微電子市場。這個(gè)市場牽涉到很多以激光為基礎(chǔ)的加工,特別是為電子產(chǎn)業(yè)中手機(jī)設(shè)備的制造所使用到的工藝。我的工作職責(zé)就是確保相干的激光技術(shù)能夠與逐漸出現(xiàn)的應(yīng)用很好地融合在一起。所以我們希望確?？梢詾榧す饧庸ぬ峁┳詈玫慕鉀Q方案。
2. 《激光制造商情》：謝謝。我們知道，相干有一個(gè)口號(hào)“Lasers for any material, any process, any applications”，那么關(guān)于皮秒激光的產(chǎn)品線有什么新動(dòng)態(tài)呢？
Müller博士：2015年對(duì)我們來說是很讓人興奮的，因?yàn)槲覀冇泻芏嗖煌N類的激光產(chǎn)品將面世。我們特意將我們?cè)诔祛I(lǐng)域的組合擴(kuò)大了，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)顧客有在這些脈沖寬度對(duì)工業(yè)解決方案的需求。我們已經(jīng)能夠確切地提高飛秒激光系統(tǒng)的可靠性。盡管超快激光包含了更加復(fù)雜的技術(shù)，然而我們已經(jīng)知道怎么樣讓這些激光器更好地適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。他們已經(jīng)為每天24小時(shí)的工業(yè)應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。
另外，我們看到現(xiàn)在皮秒激光器的成本也下降了許多。公司有很多內(nèi)部的項(xiàng)目是聚焦于確保為我們的客戶提供低成本的解決方案。我們也完全有能力升級(jí)超快激光產(chǎn)品線的功率級(jí)別。
3. 《激光制造商情》：在今年亞洲激光論壇上，您的演講是“制造業(yè)中的工業(yè)超快激光--最新趨勢”,那在這個(gè)講題中什么是最重要的內(nèi)容呢？
Müller博士: 如果總結(jié)為一句話的話，我會(huì)說：“與我們交流。”
精密電子和微細(xì)加工這部分正在變得越來越復(fù)雜。決定選用哪種激光是很頭疼的，是用飛秒的好還是皮秒的好？還是CO2激光最好呢？有這么多不同種類的激光器，對(duì)終端消費(fèi)者來說，選擇最好的激光器越來越不容易了。
因此，我們想鼓勵(lì)人們?cè)诳疾祀A段來與我們溝通商量他們的激光應(yīng)用需求。我們?cè)谌澜缍加袘?yīng)用實(shí)驗(yàn)室，像在中國、歐洲、美國等等。我們的激光系統(tǒng)安裝在許多機(jī)器上，我們可以做最先進(jìn)的應(yīng)用工作。一旦消費(fèi)者確定了對(duì)他們的應(yīng)用最好的激光器，我們甚至能向他們介紹一些設(shè)備集成商，因?yàn)槲覀儾蛔稣自O(shè)備。我們提供激光器，但是一旦激光加工建立起來了，我們會(huì)與設(shè)備集成商聯(lián)系。因此，顧客真的能得到最好的解決方案。
4. 《激光制造商情》：由于其獨(dú)特性，超快激光技術(shù)能實(shí)現(xiàn)超精細(xì)制造。能請(qǐng)您談?wù)劸唧w的技術(shù)嗎，特別是皮秒激光在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用？
Müller博士: 在這個(gè)問題中涵蓋了兩個(gè)部分。一個(gè)是“超快激光給應(yīng)用增添了什么”；另一個(gè)問題是“是什么使得超快激光技術(shù)做好了面對(duì)一個(gè)黃金時(shí)代的準(zhǔn)備”。
首先讓我試著來解決第一個(gè)問題。我們認(rèn)為任何脈沖短于10ps或者15ps 的激光都屬于超快的范疇。我們要尋找的是不同于長脈沖的短脈沖加工原理。當(dāng)使用納秒激光時(shí)，你真正在做的就是把熱能注入材料的表面。你快速地局部加熱了它，也就是熔化和氣化掉這個(gè)材料。所以有很大部分的材料，熔化的材料炸開了。對(duì)于在短時(shí)間內(nèi)移除很多材料，這個(gè)過程還是相對(duì)高效的。但這本質(zhì)上來說也是一個(gè)熱加工，因此它總是會(huì)在樣品上制造熱量。你可以嘗試一些小技巧，用小的光束或者像紫外和綠光更短的波長來減少熱效應(yīng)，但歸根結(jié)底這還是一個(gè)熱加工。
使用超快激光時(shí)，不同的地方在于，你并不是在加熱這些材料，而是在破壞這些分子鍵，你的光子實(shí)際上是在破壞這些分子間的鍵而且現(xiàn)在分子蒸發(fā)了。你看不到一個(gè)液態(tài)的過程但是這些材料瞬間消失，從固態(tài)到氣化的過程。從物理的角度來講，這個(gè)過程更顯“能量饑渴”，你需要更多的能量來破壞這些分子鍵。同事更少的熱量將輸入周圍材料進(jìn)行加工，因?yàn)槊}沖非常的短，以至于在它擴(kuò)散到材料周邊之前就消失了。熱量在材料里擴(kuò)散有一個(gè)特定的時(shí)間范圍。通常這個(gè)范圍可能是幾百皮秒或者幾納秒。所以如果你用的脈沖比這個(gè)范圍還小，材料幾乎都來不及知道發(fā)生了什么。因此周圍的材料都不會(huì)被加熱。這就是皮秒和納秒激光最本質(zhì)的區(qū)別，或者飛秒和納秒的區(qū)別。這是在應(yīng)用層面來說的。
在激光器層面來說，讓我們感到興奮的事是這幾年我們把激光放到更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試?yán)?。過去幾年相干研發(fā)出來的所有的激光器都經(jīng)過嚴(yán)格的 HASS和HALT測試。在高度加速的壽命測試中，我們把激光系統(tǒng)放到嚴(yán)峻的環(huán)境里進(jìn)行測試。我們把它們放到室間里，在那里我們把溫度調(diào)高到30或40度，然后瞬間把溫度降低到零下10或20度。我們把它們暴露在潮濕的環(huán)境里，我們的期望是在激光器里面沒有發(fā)生什么改變，持續(xù)運(yùn)行著。
因此，當(dāng)激光器通過這個(gè)測試后我們很肯定：1.對(duì)運(yùn)輸來說，激光器能很好地在運(yùn)輸途中保持完好（鑒于運(yùn)輸公司并不總是對(duì)激光器有很好的保護(hù)）；2.同時(shí)它們能夠承受住工廠的惡劣環(huán)境。這已經(jīng)成為了相干的一個(gè)核心的理念：確保所有的激光器都能通過最嚴(yán)格的測試。
5. 《激光制造商情》：您能和我們分享下皮秒激光應(yīng)用的趨勢嗎？
Müller博士:好的。這個(gè)問題比較廣，畢竟現(xiàn)在皮秒和飛秒激光器在很多的應(yīng)用領(lǐng)域都有應(yīng)用到。但我想如果你回想一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有東西都在變的更小了。我們的手機(jī)變的更小了，特點(diǎn)更多了，筆記本電腦變的更緊湊了，所有東西都在尺寸上濃縮了，那意味著機(jī)械工藝面臨著更多的挑戰(zhàn)。
幸運(yùn)的是，這些功能規(guī)格要求迎合了激光的優(yōu)點(diǎn)。大小在10微米倍數(shù)的特點(diǎn)尺寸，像可能10,20,30或者40微米的，非常適合用激光加工。在過去用機(jī)械工具完成的加工現(xiàn)在用激光器就可以完成，因?yàn)榕c形態(tài)尺寸彼此很好地融合了。因此激光器正遇上它們的好時(shí)候了，鑒于（傳統(tǒng)的）機(jī)械方式正走到盡頭，并且遇到的障礙，激光器都可以克服。這對(duì)所有的激光器來說都有用，但更確切的說，是對(duì)超快激光而言，因?yàn)樗鼈兛梢灾会槍?duì)小面積進(jìn)行加工并且不影響周邊的材料。現(xiàn)在有這么多的應(yīng)用是只需要針對(duì)特定部位的加工而不想周圍材料被影響到的，這是為什么超快激光變得越來越受歡迎的原因。
如果往細(xì)節(jié)方面來說，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)用正在發(fā)生著什么。任何時(shí)候，當(dāng)你有一個(gè)材料用其他激光器難以加工的時(shí)候，超快激光器就派上用場了。基本上超快激光可以加工任何的材料，碳化物、金剛石或者硅物質(zhì)等。不論什么時(shí)候別的激光器或者機(jī)械加工遇到問題了，人們都會(huì)找超快激光來解決，比如藍(lán)寶石。藍(lán)寶石是材料中非常堅(jiān)硬的一種，很少有激光加工能對(duì)其實(shí)現(xiàn)切割或者鉆孔。你可以對(duì)它進(jìn)行機(jī)械加工，但是你們的工具會(huì)變鈍，然后你不得不替換掉它們并重新校準(zhǔn)，而激光加工非常適合用來加工藍(lán)寶石。
另一個(gè)應(yīng)用得很好的材料是玻璃。玻璃有一個(gè)特質(zhì)就是不容易導(dǎo)熱。所以對(duì)熱很敏感，這意味著如果你把它放到激光器下通過加熱材料來完成加工，它就開始碎裂。因此，玻璃也是很適合采用超快激光器加工的材料之一，因?yàn)槌旒す饷}沖對(duì)玻璃的作用很“溫柔”。
這不是唯一的材料，還有其他材料，比如薄膜。在半導(dǎo)體工業(yè)，常常在晶圓上會(huì)有大量薄膜氣化，這些薄膜對(duì)層分離可能是非常敏感的。當(dāng)你把這種材料置于加熱的條件下，你會(huì)得到層分離和熱量。這又是一個(gè)超快激光器能彰顯優(yōu)勢的應(yīng)用了。這些都只是我們看到的超快激光應(yīng)用技術(shù)中的小小一瞥。
6. 《激光制造商情》：你認(rèn)為在 5年內(nèi)皮秒激光市場會(huì)有什么新進(jìn)展？
Müller博士: 我們對(duì)飛秒和皮秒的激光市場都是持非常樂觀態(tài)度。在過去的3到4年里我們已經(jīng)看到飛躍式的增長，但我相信我們只是看到了開頭，還會(huì)有很大的增長空間。所以我能看到超快激光的應(yīng)用將會(huì)像納秒激光、納秒紫外激光那樣。未來還有很多挑戰(zhàn)，我想我們只看到了超快應(yīng)用的冰山一角。
采訪：Lora Xie
編譯：Julie Xiao
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