松山湖材料實驗室坐落于粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點城市的東莞市，布局有前沿科學研究、公共技術平臺和大科學裝置、創(chuàng)新樣板工廠、粵港澳交叉科學中心四大核心板塊。目標定位為建成有國際影響力的新材料研發(fā)基地、國家物質(zhì)科學研究的重要組成部分、粵港澳交叉開放的新窗口。其中，創(chuàng)新樣板工廠致力于推動實驗室的產(chǎn)業(yè)技術研究與產(chǎn)業(yè)轉化，為科技成果的快速轉移轉化提供強力引擎，同時通過密切關注材料產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的研發(fā)難題，實現(xiàn)實驗室對科技型企業(yè)的科技供給。

光子制造團隊是首批入駐實驗室的團隊之一，分屬創(chuàng)新樣板工廠。團隊秉承“為世界貢獻光子極端制造設備與服務”的理念，同時借助松山湖材料實驗室在科技成果轉化體制、機制上優(yōu)勢，為各領域極高精度、極高質(zhì)量、極高效率制造提供關鍵支撐。

超快激光 未來之光

隨著科技的進步和新材料的推廣應用，各零部件逐漸向輕、小、精方向發(fā)展。各領域對材料的高精度、高質(zhì)量的加工需求也越來越高。在這種需求下，傳統(tǒng)的加工方式已經(jīng)無法滿足最新領域的加工需求，而電火花、長脈沖激光等加工方式因加工區(qū)域存在熱影響區(qū)等缺陷，無法實現(xiàn)設計要求與加工效果的高度統(tǒng)一。

超快激光的脈沖寬度極窄、能量密度極高、與材料的作用時間極短等特點，可解決常規(guī)加工方式難以實現(xiàn)的高、精、尖、硬、難等加工瓶頸，成為精密精細制造技術最佳的選擇。相較于傳統(tǒng)加工方式，超快激光極端制造技術易操作、高柔性、高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，極大地拓展精密制造的應用范圍與潛力，在汽車、電子醫(yī)療、空天、新材料等領域擁有廣泛的適用性，幾乎囊括了國民經(jīng)濟的方方面面。

超短脈沖激光是指脈寬在10-12秒以下的激光，具有脈沖寬度超短、峰值功率超強、與材料作用時間極短的等特點，常見的超短脈沖激光有皮秒、飛秒、阿秒激光。

飛秒激光及其時間量尺度

超快激光的特點：

具有極短的激光脈沖。脈沖持續(xù)時間接近或小于皮秒量級。目前激光脈沖最短不過幾個飛秒（10－15秒，1 飛秒等于一千萬億分之一秒），光在1秒可繞地球七圈半， 1飛秒內(nèi)僅僅傳播0.3微米，相當于頭發(fā)絲直徑的二百分之一！

具有極高的峰值功率。其電場遠遠強于原子內(nèi)庫倫場，具有極高的電場強度，足以使任何材料發(fā)生電離。一個飛秒激光器甚至可產(chǎn)生高達1015瓦的峰值功率，而全世界電網(wǎng)的平均功率只不過1012瓦數(shù)量級。

飛秒激光與材料作用的物理尺度

超短脈沖激光與傳統(tǒng)激光在材料加工方面有哪些優(yōu)勢？

傳統(tǒng)激光是利用激光能量的熱堆積，使作用區(qū)域材料熔化乃至揮發(fā)，過程中會產(chǎn)生大量的碎屑、微裂紋等加工缺陷，且激光持續(xù)時間越久，對材料的損傷越大。而超短脈沖激光因與材料作用時間超短，單脈沖能量超強足以使任何材料發(fā)生電離，實現(xiàn)非熱熔性冷加工，獲得長脈沖激光無法比擬的超精細、低損傷等加工優(yōu)勢。同時，對于材料的選擇，超快激光有著更廣泛的適用性，可以適用于金屬、TBC涂層、復合材料等。

極高的加工精度。區(qū)別于傳統(tǒng)激光的“粗獷型”加工，超快激光是利用激光的強場效應直接打斷分子鍵，可以實現(xiàn)材料的超“精度”冷加工。

長脈沖激光與飛秒激光作用于材料效果對比（熱影響）

長脈沖激光與飛秒激光作用于材料效果對比（加工精度）

不忘初心 堅持創(chuàng)新

光子制造團隊長期致力于超快激光精密制造領域的研究。在松山湖材料實驗室的支持下，團隊已研發(fā)出國內(nèi)首條集自動上下料、自動加工、自動清洗三大核心功能為一體的航空動力系統(tǒng)關鍵部件超快激光自動化加工示范線，通過生產(chǎn)、質(zhì)量、工藝的數(shù)字化生產(chǎn)管理，可為我國空天動力系統(tǒng)關鍵部件批量化加工提供可靠保障。

國內(nèi)首條航空動力系統(tǒng)關鍵部件超快激光自動化加工示范線

為充分發(fā)揮光子制造的優(yōu)勢，同時面向航空發(fā)動機自主研制的戰(zhàn)略需求，松山湖材料實驗室與中國航空發(fā)動機集團有限公司共建“航空發(fā)動機新材料與高端制造聯(lián)合中心”。在設計、制造、材料、檢測等方面持續(xù)創(chuàng)新，加快新技術新工藝在空天領域的應用，為我國空天推進系統(tǒng)不斷升級提供關鍵技術支撐。

聯(lián)合工程中心揭牌儀式

在產(chǎn)品研發(fā)層面，團隊結合已有基礎，針對各領域對超精細低損傷的加工需求，相繼研發(fā)出系列化超快激光極端制造裝備，其中適用于航空航天領域的超精細微孔加工裝備核心指標已達到國際先進水平，并在國內(nèi)相關優(yōu)勢單位取得重大應用。

系列化超快激光加工設備

經(jīng)過多年的研發(fā)，團隊所擁有的技術在超快激光在精細加工領域已經(jīng)體現(xiàn)了一定的技術門檻和優(yōu)勢。但是也面臨著民用領域應用市場沒有完全的鋪開的局勢，對團隊而言，這不僅是目前存在的局限，也是下一步發(fā)展的目標。松山湖材料實驗室所處的廣東省、粵港澳大灣區(qū)有著廣闊的民用市場，合作前景廣泛，這對超快激光精細加工研究的技術不斷變現(xiàn)提供了關鍵支撐。

除了廣東省的地域優(yōu)勢外，松山湖材料實驗室也為廣大科研人員提供了眾多優(yōu)惠機制，鼓勵科研人員在埋頭攻堅科研難題的同時，注重推動科研成果的轉化應用。

其中，在松山湖材料實驗室的支持下，廣東中科微精光子制造科技有限公司在東莞注冊成立。公司致力于開發(fā)激光極端精密智能裝備性能，積極推動產(chǎn)業(yè)化建設，同時進一步促進超快激光精細加工研發(fā)技術與國家、地方的需求對接，做到真正的難有所研、研有所用。

針對電子領域開發(fā)的系列化超快激光加工設備

面對當前復雜的市場挑戰(zhàn)，團隊將會繼續(xù)依托實驗室的良好機制，聚焦精密制造、精密電子、半導體等領域。在不斷進行科研技術創(chuàng)新的同時，兼顧與地方企業(yè)進行技術需求對接，促進科研成果更好的實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

未來已來

在“中國制造2025”不斷深化的背景下，傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨深度轉型和升級，其中一個重要戰(zhàn)略便是轉向附加值和技術壁壘更高的高端精密加工。高重復頻率、高功率的超快激光以“光能源”和“光工具”作為新加工手段應用于材料加工，帶來了產(chǎn)品設計、制造工藝和生產(chǎn)觀念的巨大變革，扮演了一個創(chuàng)新尖兵的角色。

與整個激光市場相比，超快激光的份額雖然較小，但是增長速度卻是非?？捎^。隨著超快激光器制造和控制技術的進一步成熟，超快激光也將在科研、制造、醫(yī)療、高精度成像等領域廣泛應用。在下游需求的驅動下，超快激光正在代表先進制造業(yè)發(fā)展方向，引領制造技術進入激光制造的新時代。