▲華日激光飛秒激光器切割玻璃面板。

光谷實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)與華日激光合作開(kāi)展相干合束試驗(yàn)。 （本文圖片均為湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 魏錸 攝）

手機(jī)屏幕玻璃蓋板切割后邊緣將更順滑，提高良品率；新能源車(chē)用電池電極切割毛刺、卷邊等瑕疵將大幅減少，提升電池安全性……

激光被譽(yù)為“最快的刀”。近年來(lái)，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(cè)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(shí)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(jìng)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(chǎng)。

“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(guò)500瓦。這款產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具備沖擊國(guó)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(shuō)。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(jí)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)域摸爬滾打多年，激光器產(chǎn)品線涵蓋皮秒、納秒、飛秒等多個(gè)領(lǐng)域。

梳理其飛秒激光器產(chǎn)品線不難發(fā)現(xiàn)，功率超過(guò)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(guò)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?！标惿傧樘寡?，脈寬和功率兩座大山橫亙?cè)谇?，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(kāi)的湖北省科技創(chuàng)新大會(huì)上，包括光谷實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的首批7個(gè)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(huì)第一次會(huì)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(chē)上使用的渦輪增壓器——通過(guò)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(jí)的高功率極窄超快脈沖輸出。“對(duì)華日激光飛秒激光器產(chǎn)品線來(lái)說(shuō)，可謂顛覆性創(chuàng)新?！?/p>

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(jià)動(dòng)輒超過(guò)百萬(wàn)元，且對(duì)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(jí)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(dòng)非線性壓縮技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線，無(wú)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(chǎng)站穩(wěn)腳跟。

KPI從“寫(xiě)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?！闭劶凹す夥蔷€性壓縮技術(shù)走向應(yīng)用的過(guò)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(kāi)合作，推動(dòng)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(dòng)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(cè)量、精密探測(cè)、物質(zhì)反應(yīng)過(guò)程觀測(cè)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(chǎng)都有呼聲。”李政言說(shuō)，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(chǔ)備。但機(jī)制和平臺(tái)的缺失，讓科研成果難以從論文變成產(chǎn)品。他說(shuō)，高校的核心工作是教書(shū)育人，對(duì)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(chǎng)，對(duì)教師考核而言只是“錦上添花”，很難因此充分調(diào)動(dòng)積極性。

“光谷實(shí)驗(yàn)室成立之后，教師被‘解放’了?！比A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(shuō)。以光谷實(shí)驗(yàn)室聘用教授身份與企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合科研攻關(guān)，科研成果有沒(méi)有支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為考核重點(diǎn)，寫(xiě)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(shū)架’，要么‘上貨架’，當(dāng)然最好是兩者都能上。”李政言說(shuō)，用論文承載科研成果，體現(xiàn)了自己作為高校教師的價(jià)值。實(shí)現(xiàn)科研成果的轉(zhuǎn)化，同時(shí)解決了企業(yè)關(guān)切的問(wèn)題，則體現(xiàn)了自己作為光谷實(shí)驗(yàn)室成員的價(jià)值。這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了KPI的轉(zhuǎn)向，讓高校教師更有成就感?！拔覀儾粌H在實(shí)驗(yàn)室里寫(xiě)出了論文，更在生產(chǎn)線上轉(zhuǎn)化了成果。”

國(guó)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(kāi)亮相上海光博會(huì)，吸引不少潛在客戶關(guān)注。年內(nèi)，該模塊有望開(kāi)始接單，真正實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用。

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

對(duì)標(biāo)的是國(guó)際先進(jìn)水平，研發(fā)難度不言而喻。脈寬降不下來(lái)、功率升不上來(lái)，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(wú)保留。”陳少祥說(shuō)，只有解開(kāi)束縛創(chuàng)新的枷鎖，雙方才能真正“甩開(kāi)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(guó)際先進(jìn)水平已將脈寬壓縮至個(gè)位數(shù)，德國(guó)產(chǎn)的飛秒激光器，輸出功率高達(dá)千瓦甚至萬(wàn)瓦。

對(duì)標(biāo)光谷實(shí)驗(yàn)室提出的“千瓦級(jí)”目標(biāo)任務(wù)，新技術(shù)、新產(chǎn)品研發(fā)還有很長(zhǎng)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(kāi)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(shuō)，相干合束技術(shù)可在保持脈寬恒定的同時(shí)，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(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。不久的將來(lái)，我們有望看到更多飛秒激光器的世界級(jí)創(chuàng)新成果從華日激光走下產(chǎn)線。