近日，華日激光承擔(dān)的國家十三五重大研發(fā)專項《工業(yè)級皮秒/飛秒激光器關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化》項目在年度評估會上獲評優(yōu)秀評審項目，其中，飛秒激光器研發(fā)取得階段性新進展。
“在國外生活了20多年，專業(yè)從事飛秒激光器的研發(fā)和生產(chǎn)，工作都是在國際上知名的科研所和高科技公司里，專業(yè)知識得到了扎實的積累，需要一個更大的舞臺去施展，而中國正是激光器應(yīng)用的主戰(zhàn)場，在這里，廣闊天地，大有可為。” 華日激光飛秒產(chǎn)品線總監(jiān)劉振林博士介紹說，“國家為了科技興國，通過‘千人計劃’積極招收活躍在海外的高科技人才，華工科技聚焦智能制造，十分重視激光先進裝備制造的核心——激光器自主研發(fā)的工業(yè)化應(yīng)用，整體實力也十分亮眼，在與華工科技方接觸交流十幾分鐘后，我就做出了這樣的決定。”
天時地利人和促成了這個貌似倉促實際深思熟慮的決定。早在2014年底，劉博士應(yīng)邀回國、回湖北武漢看看，當(dāng)時的他已驚異于國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，2016年7月回國后，當(dāng)了解到華日激光產(chǎn)品諸如納秒紫外固體激光器飛速發(fā)展，從實驗室里的“陽春白雪”飛入“尋常百姓家”時，各行各業(yè)的廣泛工業(yè)化應(yīng)用極大地觸動了這位科學(xué)家的“事業(yè)心”。
“飛秒激光器國產(chǎn)化，至少可以將國內(nèi)應(yīng)用商的使用成本降低30%-40%，而且促進提升國內(nèi)精密微加工的制造水平。”劉博士進一步解釋道，“比如國內(nèi)之前有些行業(yè)、有些加工囿于飛秒激光器的昂貴費用，而采用納秒激光器等精細度不夠的激光器，加工效果可能就不夠完美，加工水平也不高。”
飛秒激光器研發(fā)實驗室設(shè)備、團隊成員歷經(jīng)3個月陸續(xù)配備到位，這個不足10人的研發(fā)團隊在劉博士的指導(dǎo)下，很快地交出了滿意答卷——2017年初，工業(yè)用飛秒激光器種子源亮相2017年上海慕尼黑光博會，并引發(fā)轟動效應(yīng)。在當(dāng)時舉辦的新品發(fā)布會上，華日激光展出了飛秒激光器種子源，這個磚塊大小的產(chǎn)品實際上是飛秒激光器的核心部件，飛秒激光器通過種子源反復(fù)放大、出光。工業(yè)用的飛秒激光器種子源一經(jīng)展出，吸引了激光加工專業(yè)委員會主任王又良等等專業(yè)人士的注意力，“其實就是很多名校或者研究所的研究員也都過來圍觀。”說起當(dāng)時的盛況，劉博士寥寥數(shù)語顯得云淡風(fēng)輕。
目前，劉博士團隊已經(jīng)完成了10W飛秒激光器的原理樣機，預(yù)計年底推出40W飛秒激光器。事實上，“酒香不怕巷子深”，在華日激光還未將飛秒激光器正式推出市場前，就已經(jīng)有多家企業(yè)找上門來，希望該團隊為他們個性設(shè)計研發(fā)2W/5W飛秒激光器，“在不影響十三五項目推進進度的前提下，我們會權(quán)衡考慮做不做這個。”劉博士如是說。
從匠心到匠藝 做有態(tài)度的“匠人”
當(dāng)前，各種激光器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工和醫(yī)療領(lǐng)域，而飛秒超快激光能在極短的時間、極小的空間尺度、極端的物理條件下對物質(zhì)進行加工，其作為高端微納加工和生命科學(xué)領(lǐng)域的理想光源，正逐漸引發(fā)市場的高度關(guān)注。
像目前應(yīng)用比較多的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，作為超精密外科手術(shù)刀，飛秒激光瞬時功率極高，劉博士給出了具象的說法：“飛秒超快激光器單純論峰值功率來講，它相當(dāng)于三峽大壩的總裝機容量。”它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，用于視力矯正手術(shù)，也可用于無痛牙科治療，一眨眼功夫完成的治療可以避免因溫度變化引起的神經(jīng)痛感。
雖然劉博士已經(jīng)有飛秒光纖激光器研發(fā)的13年經(jīng)驗積淀，然而，飛秒激光器的研發(fā)并非一條容易的坦途。“飛秒光纖激光器與其他激光器的設(shè)計還是不同的，要得到好的脈沖形狀圖往往需要打破常規(guī)思維。”劉博士總結(jié)道，“閱讀文獻，對實驗結(jié)果保持敏感性，對數(shù)據(jù)結(jié)果觀察、總結(jié)，這個過程中邏輯分析能力同樣很重要。”為了一個很好的脈沖形狀圖，劉博士曾經(jīng)每天堅持做實驗，歷經(jīng)1年多的失敗嘗試，終于得到一個好的產(chǎn)品設(shè)計。
解放思想，不僅要打破常規(guī)思維，還要善于接納新思維、新思想、新方法。“我覺得個人的一個長處就是跟任何人交流，只要覺得有用的信息，都能從中受益。”劉博士分享了這樣一個事例，在設(shè)計飛秒激光器的環(huán)節(jié)中，關(guān)于機械設(shè)計，他只提了相關(guān)要求，當(dāng)負(fù)責(zé)機械設(shè)計的工程師提交的設(shè)計稿比他此前在國外工作時了解到的機械設(shè)計要更優(yōu)時，他果斷采用了這位年輕機械工程師的機械設(shè)計。
“我是應(yīng)屆畢業(yè)生，在做實驗時，有時候功率猛地加多了，超大的能量很可能把設(shè)備打壞，這時，劉博士會溫和地告誡我們，功率要一級一級慢慢加，做研發(fā)，從想法到落地執(zhí)行，要不急不躁，嚴(yán)格按照專業(yè)化的流程腳踏實地推進。” 劉博士團隊一位光學(xué)設(shè)計工程師說，“他是包容心很強的人，敢于放手讓我們自己做設(shè)計、試驗，允許我們在試錯過程中不斷成長，很注重培養(yǎng)我們獨當(dāng)一面的能力。”
劉博士團隊中一位電源設(shè)計工程師介紹說，“劉博士主攻光學(xué)設(shè)計，但是對于電路控制設(shè)計的參數(shù)、細節(jié)一樣考慮很全面，一些我沒有注意到的細節(jié)，劉博士注意到都會提醒我設(shè)計的時候格外留意。這是一種專業(yè)化的研發(fā)態(tài)度，作為技術(shù)人員，我想我會受益終生。”
對于團隊成員的評價，劉博士有自己的一套原則，“作為研發(fā)人員，發(fā)現(xiàn)問題解決問題是首要的，思慮全面、注重細節(jié)也是必要的，這些都沒什么，我每天上班前，我就會把一天要完成的工作想好，然后按照項目時間節(jié)點推進。”劉博士笑著補充道，“個人認(rèn)為研發(fā)人員因為項目節(jié)點偶爾延時下班，是不需要申請加班的，因為技術(shù)人員是跟著項目節(jié)點上下班，而不是像普通職能人員那樣按點上班。不過，不知道這符不符合國內(nèi)的《勞動法》……”
從實驗室到市場 飛秒激光器市場化之路任重道遠
正如之前馬董事長在前不久與華日激光三位博士的座談中提到的，飛秒激光器已經(jīng)成為消費電子、OLED、動力電池等朝陽產(chǎn)業(yè)的加工利器，誰掌握了激光器核心技術(shù)，誰就擁有了高端精細微加工的話語權(quán)，誰就擁有持續(xù)快速發(fā)展的未來。華日激光只有完成了納秒、皮秒、飛秒系列超快激光器的研發(fā)，才能更有底氣地在國際市場亮劍、出擊。但是，飛秒激光器從實驗室到市場，還有一大段路要走。
飛秒激光器這樣的高端超快激光器，囿于實驗室設(shè)備、人員素質(zhì)等多方面因素，國外能做到批量制造的鳳毛麟角，華日激光接下來的批量制造之路困難重重。“最重要的是人員素質(zhì)，我比較擔(dān)心大家總想找捷徑，當(dāng)然，這個想法不是憑空冒出來的，源于一次采購經(jīng)歷，當(dāng)時我們給供應(yīng)商的設(shè)計圖紙將相應(yīng)零部件的尺寸、顏色都明確標(biāo)出，事實上，他們做出來的東西是南轅北轍。”劉博士攤手苦笑道，“‘存在即真理’，產(chǎn)品設(shè)計的每一步都是經(jīng)過試驗反復(fù)論證的，做產(chǎn)品來不得半點小聰明。”
2016年畢業(yè)后就進入劉博士團隊負(fù)責(zé)光學(xué)設(shè)計的工程師對于這一點深有體會，“從劉博士身上學(xué)到的最重要的除了專業(yè)知識，就是做研究的方法、態(tài)度——不能偷懶，劉博士要求我們實驗中每連一級就要做器件測試，一次實驗要測幾十次，要是因為最后的實驗結(jié)果不理想，中途替換一些器件，那么從這個替換的器件開始，后面的所有測試重新來過。”
如果說批量制造需要解決的是內(nèi)部人員素質(zhì)問題，那么飛秒超快激光器的市場化推廣之路要改變的就是外部的“刻板印象”了。“飛秒超快激光器作為高端產(chǎn)品，本身更有價值，但是國內(nèi)市場更多的可能關(guān)注的是價格，而國外市場因為對中國制造的偏見、刻板印象，推廣起來難度可想而知。”劉博士介紹說，“我回國后一個很深的感受是，華日激光的銷售人員很多，都在外面跑，很辛苦，而我此前就職的美國公司，銷售人員就2個，而且是每天坐在辦公室成單，所以說，國內(nèi)外情況不一樣，競爭壓力迥異。”
不過，因飛秒激光最重要的特征是加工的組織中沒有熔融區(qū)，沒有重鑄層，不產(chǎn)生微裂紋，它避免了熱熔化的存在，實現(xiàn)了相對意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應(yīng)帶來的諸多負(fù)面影響，未來將廣泛應(yīng)用于石英、玻璃、晶體、光纖等各種透明材料的加工，而透明材料的焊接是一個在各個行業(yè)不可或缺的制造工藝，包括精密機械、醫(yī)療、3C電子、半導(dǎo)體面板等。
目前，我國是世界上最大的顯示面板與芯片產(chǎn)品消費國；過去8年，作為全國顯示面板“巨頭”的華星光電與天馬，在武漢累計投資達670億元；2016年底，總投資1600億元的國家存儲器芯片項目在光谷動工；可以想象，第一臺工業(yè)用飛秒激光器的成功研發(fā)及未來的產(chǎn)業(yè)化，將帶動同在中國光谷布局的“芯片-顯示-智能終端”全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，有望形成一個萬億級的產(chǎn)業(yè)集群，光谷也將由此成為中國乃至全球最密集的電子信息產(chǎn)業(yè)基地。
“雄關(guān)漫漫真如鐵，風(fēng)物長宜放眼量”，雖然飛秒激光器市場化推廣之路任重道遠，但是為制造的更高榮耀，為中國制造的正名，為中國質(zhì)造的揚名，相信劉博士團隊及華日激光將以行踐言，一往無前。
從彼岸到此岸 做中國自己的工業(yè)用飛秒激光器
脈寬短、單脈沖能量大、重復(fù)頻率高將是未來超快激光技術(shù)的主要發(fā)展方向。而長期以來，由于核心技術(shù)被國外企業(yè)壟斷，工業(yè)用飛秒激光器一直依賴進口，國內(nèi)僅有少數(shù)實驗室用飛秒激光器，據(jù)華日激光市場部同事介紹，國外能做到批量制造飛秒激光器的制造商也是鳳毛麟角，被國外少數(shù)制造商壟斷的后果是國內(nèi)應(yīng)用商往往需要花費近300萬元高額引進，同時帶來的還有高昂的維護成本及漫長的維護周期。
同時，伴隨3C電子等行業(yè)快速發(fā)展，帶來透明或者半透明材料激光加工的巨大市場需求，單就OLED來說，根據(jù) IHS 研究機構(gòu)預(yù)測，2017年全球 OLED 市場規(guī)模將迅增至 192 億美元，到 2019 年全球 42%的智能手機將搭載 OLED 面板，2020 年智能手機的 OLED 面板營收將增長至 248 億美元，相關(guān)的 OLED激光加工設(shè)備需求將隨之快速提高。面對國內(nèi)越來越多、越來越高的精密微細加工需求，飛秒激光器國產(chǎn)化迫在眉睫。
脈寬短、單脈沖能量大、重復(fù)頻率高將是未來超快激光技術(shù)的主要發(fā)展方向。而長期以來，由于核心技術(shù)被國外企業(yè)壟斷，工業(yè)用飛秒激光器一直依賴進口，國內(nèi)僅有少數(shù)實驗室用飛秒激光器，據(jù)華日激光市場部同事介紹，國外能做到批量制造飛秒激光器的制造商也是鳳毛麟角，被國外少數(shù)制造商壟斷的后果是國內(nèi)應(yīng)用商往往需要花費近300萬元高額引進，同時帶來的還有高昂的維護成本及漫長的維護周期。
同時，伴隨3C電子等行業(yè)快速發(fā)展，帶來透明或者半透明材料激光加工的巨大市場需求，單就OLED來說，根據(jù) IHS 研究機構(gòu)預(yù)測，2017年全球 OLED 市場規(guī)模將迅增至 192 億美元，到 2019 年全球 42%的智能手機將搭載 OLED 面板，2020 年智能手機的 OLED 面板營收將增長至 248 億美元，相關(guān)的 OLED激光加工設(shè)備需求將隨之快速提高。面對國內(nèi)越來越多、越來越高的精密微細加工需求，飛秒激光器國產(chǎn)化迫在眉睫。
天時地利人和促成了這個貌似倉促實際深思熟慮的決定。早在2014年底，劉博士應(yīng)邀回國、回湖北武漢看看，當(dāng)時的他已驚異于國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，2016年7月回國后，當(dāng)了解到華日激光產(chǎn)品諸如納秒紫外固體激光器飛速發(fā)展，從實驗室里的“陽春白雪”飛入“尋常百姓家”時，各行各業(yè)的廣泛工業(yè)化應(yīng)用極大地觸動了這位科學(xué)家的“事業(yè)心”。
“飛秒激光器國產(chǎn)化，至少可以將國內(nèi)應(yīng)用商的使用成本降低30%-40%，而且促進提升國內(nèi)精密微加工的制造水平。”劉博士進一步解釋道，“比如國內(nèi)之前有些行業(yè)、有些加工囿于飛秒激光器的昂貴費用，而采用納秒激光器等精細度不夠的激光器，加工效果可能就不夠完美，加工水平也不高。”
飛秒激光器研發(fā)實驗室設(shè)備、團隊成員歷經(jīng)3個月陸續(xù)配備到位，這個不足10人的研發(fā)團隊在劉博士的指導(dǎo)下，很快地交出了滿意答卷——2017年初，工業(yè)用飛秒激光器種子源亮相2017年上海慕尼黑光博會，并引發(fā)轟動效應(yīng)。在當(dāng)時舉辦的新品發(fā)布會上，華日激光展出了飛秒激光器種子源，這個磚塊大小的產(chǎn)品實際上是飛秒激光器的核心部件，飛秒激光器通過種子源反復(fù)放大、出光。工業(yè)用的飛秒激光器種子源一經(jīng)展出，吸引了激光加工專業(yè)委員會主任王又良等等專業(yè)人士的注意力，“其實就是很多名校或者研究所的研究員也都過來圍觀。”說起當(dāng)時的盛況，劉博士寥寥數(shù)語顯得云淡風(fēng)輕。
目前，劉博士團隊已經(jīng)完成了10W飛秒激光器的原理樣機，預(yù)計年底推出40W飛秒激光器。事實上，“酒香不怕巷子深”，在華日激光還未將飛秒激光器正式推出市場前，就已經(jīng)有多家企業(yè)找上門來，希望該團隊為他們個性設(shè)計研發(fā)2W/5W飛秒激光器，“在不影響十三五項目推進進度的前提下，我們會權(quán)衡考慮做不做這個。”劉博士如是說。
從匠心到匠藝 做有態(tài)度的“匠人”
當(dāng)前，各種激光器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工和醫(yī)療領(lǐng)域，而飛秒超快激光能在極短的時間、極小的空間尺度、極端的物理條件下對物質(zhì)進行加工，其作為高端微納加工和生命科學(xué)領(lǐng)域的理想光源，正逐漸引發(fā)市場的高度關(guān)注。
像目前應(yīng)用比較多的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，作為超精密外科手術(shù)刀，飛秒激光瞬時功率極高，劉博士給出了具象的說法：“飛秒超快激光器單純論峰值功率來講，它相當(dāng)于三峽大壩的總裝機容量。”它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，用于視力矯正手術(shù)，也可用于無痛牙科治療，一眨眼功夫完成的治療可以避免因溫度變化引起的神經(jīng)痛感。
雖然劉博士已經(jīng)有飛秒光纖激光器研發(fā)的13年經(jīng)驗積淀，然而，飛秒激光器的研發(fā)并非一條容易的坦途。“飛秒光纖激光器與其他激光器的設(shè)計還是不同的，要得到好的脈沖形狀圖往往需要打破常規(guī)思維。”劉博士總結(jié)道，“閱讀文獻，對實驗結(jié)果保持敏感性，對數(shù)據(jù)結(jié)果觀察、總結(jié)，這個過程中邏輯分析能力同樣很重要。”為了一個很好的脈沖形狀圖，劉博士曾經(jīng)每天堅持做實驗，歷經(jīng)1年多的失敗嘗試，終于得到一個好的產(chǎn)品設(shè)計。
解放思想，不僅要打破常規(guī)思維，還要善于接納新思維、新思想、新方法。“我覺得個人的一個長處就是跟任何人交流，只要覺得有用的信息，都能從中受益。”劉博士分享了這樣一個事例，在設(shè)計飛秒激光器的環(huán)節(jié)中，關(guān)于機械設(shè)計，他只提了相關(guān)要求，當(dāng)負(fù)責(zé)機械設(shè)計的工程師提交的設(shè)計稿比他此前在國外工作時了解到的機械設(shè)計要更優(yōu)時，他果斷采用了這位年輕機械工程師的機械設(shè)計。
“我是應(yīng)屆畢業(yè)生，在做實驗時，有時候功率猛地加多了，超大的能量很可能把設(shè)備打壞，這時，劉博士會溫和地告誡我們，功率要一級一級慢慢加，做研發(fā)，從想法到落地執(zhí)行，要不急不躁，嚴(yán)格按照專業(yè)化的流程腳踏實地推進。” 劉博士團隊一位光學(xué)設(shè)計工程師說，“他是包容心很強的人，敢于放手讓我們自己做設(shè)計、試驗，允許我們在試錯過程中不斷成長，很注重培養(yǎng)我們獨當(dāng)一面的能力。”
對于團隊成員的評價，劉博士有自己的一套原則，“作為研發(fā)人員，發(fā)現(xiàn)問題解決問題是首要的，思慮全面、注重細節(jié)也是必要的，這些都沒什么，我每天上班前，我就會把一天要完成的工作想好，然后按照項目時間節(jié)點推進。”劉博士笑著補充道，“個人認(rèn)為研發(fā)人員因為項目節(jié)點偶爾延時下班，是不需要申請加班的，因為技術(shù)人員是跟著項目節(jié)點上下班，而不是像普通職能人員那樣按點上班。不過，不知道這符不符合國內(nèi)的《勞動法》……”
從實驗室到市場 飛秒激光器市場化之路任重道遠
正如之前馬董事長在前不久與華日激光三位博士的座談中提到的，飛秒激光器已經(jīng)成為消費電子、OLED、動力電池等朝陽產(chǎn)業(yè)的加工利器，誰掌握了激光器核心技術(shù)，誰就擁有了高端精細微加工的話語權(quán)，誰就擁有持續(xù)快速發(fā)展的未來。華日激光只有完成了納秒、皮秒、飛秒系列超快激光器的研發(fā)，才能更有底氣地在國際市場亮劍、出擊。但是，飛秒激光器從實驗室到市場，還有一大段路要走。
飛秒激光器這樣的高端超快激光器，囿于實驗室設(shè)備、人員素質(zhì)等多方面因素，國外能做到批量制造的鳳毛麟角，華日激光接下來的批量制造之路困難重重。“最重要的是人員素質(zhì)，我比較擔(dān)心大家總想找捷徑，當(dāng)然，這個想法不是憑空冒出來的，源于一次采購經(jīng)歷，當(dāng)時我們給供應(yīng)商的設(shè)計圖紙將相應(yīng)零部件的尺寸、顏色都明確標(biāo)出，事實上，他們做出來的東西是南轅北轍。”劉博士攤手苦笑道，“‘存在即真理’，產(chǎn)品設(shè)計的每一步都是經(jīng)過試驗反復(fù)論證的，做產(chǎn)品來不得半點小聰明。”
2016年畢業(yè)后就進入劉博士團隊負(fù)責(zé)光學(xué)設(shè)計的工程師對于這一點深有體會，“從劉博士身上學(xué)到的最重要的除了專業(yè)知識，就是做研究的方法、態(tài)度——不能偷懶，劉博士要求我們實驗中每連一級就要做器件測試，一次實驗要測幾十次，要是因為最后的實驗結(jié)果不理想，中途替換一些器件，那么從這個替換的器件開始，后面的所有測試重新來過。”
如果說批量制造需要解決的是內(nèi)部人員素質(zhì)問題，那么飛秒超快激光器的市場化推廣之路要改變的就是外部的“刻板印象”了。“飛秒超快激光器作為高端產(chǎn)品，本身更有價值，但是國內(nèi)市場更多的可能關(guān)注的是價格，而國外市場因為對中國制造的偏見、刻板印象，推廣起來難度可想而知。”劉博士介紹說，“我回國后一個很深的感受是，華日激光的銷售人員很多，都在外面跑，很辛苦，而我此前就職的美國公司，銷售人員就2個，而且是每天坐在辦公室成單，所以說，國內(nèi)外情況不一樣，競爭壓力迥異。”
不過，因飛秒激光最重要的特征是加工的組織中沒有熔融區(qū)，沒有重鑄層，不產(chǎn)生微裂紋，它避免了熱熔化的存在，實現(xiàn)了相對意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工中熱效應(yīng)帶來的諸多負(fù)面影響，未來將廣泛應(yīng)用于石英、玻璃、晶體、光纖等各種透明材料的加工，而透明材料的焊接是一個在各個行業(yè)不可或缺的制造工藝，包括精密機械、醫(yī)療、3C電子、半導(dǎo)體面板等。
目前，我國是世界上最大的顯示面板與芯片產(chǎn)品消費國；過去8年，作為全國顯示面板“巨頭”的華星光電與天馬，在武漢累計投資達670億元；2016年底，總投資1600億元的國家存儲器芯片項目在光谷動工；可以想象，第一臺工業(yè)用飛秒激光器的成功研發(fā)及未來的產(chǎn)業(yè)化，將帶動同在中國光谷布局的“芯片-顯示-智能終端”全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，有望形成一個萬億級的產(chǎn)業(yè)集群，光谷也將由此成為中國乃至全球最密集的電子信息產(chǎn)業(yè)基地。
“雄關(guān)漫漫真如鐵，風(fēng)物長宜放眼量”，雖然飛秒激光器市場化推廣之路任重道遠，但是為制造的更高榮耀，為中國制造的正名，為中國質(zhì)造的揚名，相信劉博士團隊及華日激光將以行踐言，一往無前。
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