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19年前的“納米牛”事件猶如一個(gè)按鍵，一經(jīng)按下就開(kāi)啟了激光微納加工飛速發(fā)展的歷程。

自那之后，超快激光與微納加工技術(shù)發(fā)展就逐漸成為激光加工的熱門(mén)方向。超快激光能實(shí)現(xiàn)前所未有的極端與精密制造效果，大大拓展了激光加工的潛力和應(yīng)用范圍，尤其是近年來(lái)以數(shù)百飛秒至亞皮秒脈沖寬度、數(shù)百千赫茲至兆赫茲高重復(fù)頻率以及數(shù)十瓦乃至上百瓦高平均功率為典型特征的新一代超快激光發(fā)展迅速，有望解決加工質(zhì)量、加工精度與加工效率之間的固有矛盾，迎來(lái)新的學(xué)術(shù)研究和發(fā)展機(jī)遇。

激光微納加工技術(shù)的雛形

2001年，發(fā)表在《自然》雜志的一篇論文稱(chēng)，日本大阪大學(xué)Kawata、華人科學(xué)家孫洪波等人使用激光技術(shù)，用合成樹(shù)脂制成了世界上最小的牛。此研究成果的發(fā)布，在科學(xué)界引起了轟動(dòng)。

一個(gè)大小相當(dāng)于紅血球的牛在科學(xué)家手中誕生了，它體長(zhǎng)只有10微米，高7微米(1微米等于千分之一毫米)。

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“納米?！苯Y(jié)構(gòu)圖

該研究首次采用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)，成功突破了光學(xué)衍射極限的限制，利用波長(zhǎng)為780納米的飛秒激光制備出了三維立體的微結(jié)構(gòu)——“納米?！?。該結(jié)構(gòu)取得了120納米的加工分辨率。

主導(dǎo)此項(xiàng)研究的超精細(xì)激光加工領(lǐng)域的國(guó)際知名學(xué)者、如今是清華大學(xué)精密儀器系教授的孫洪波在當(dāng)時(shí)介紹媒體采訪(fǎng)時(shí)頗有詩(shī)情地說(shuō)，“我們希望，這個(gè)牛能拉著裝有藥物的車(chē)，在血管中運(yùn)動(dòng)”。

那么，為什么要雕塑出一個(gè)牛呢？據(jù)研究人員介紹，這是因?yàn)榕Ｓ泻芗獾募饨?，周身既有平滑部分，又有彎度很大的部分，?duì)制作技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，能完美造出“納米牛”，也就能造出各樣的納米機(jī)器。

與此同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)還成功制備出了全世界最小的彈簧系統(tǒng)，這使得飛秒激光微納加工技術(shù)真正進(jìn)入了納米器件的制備領(lǐng)域。飛秒激光微納加工技術(shù)的出現(xiàn)，使得復(fù)雜微納器件的制備成為了可能。

對(duì)此，吉林大學(xué)陳岐岱教授曾在接受《激光制造商情》采訪(fǎng)時(shí)表示：飛秒激光微納制備技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代中期，當(dāng)時(shí)只能做一些簡(jiǎn)單打點(diǎn)、劃線(xiàn)工藝。其精度只可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百納米的范圍，后來(lái)比較關(guān)鍵的事件是2001年孫洪波教授發(fā)表了“納米?！钡墓ぷ?，它涉及到飛秒激光微納加工，是采用飛秒激光在聚合物材料制作的。這一研究極大地推動(dòng)了超快激光維納加工的研究進(jìn)程。

孫洪波教授研究“納米?！钡墓ぷ饕鹆藝?guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，自此之后許多科研人員在飛秒激光雙光子聚合方面做了大量工作，例如利用飛秒激光制作各種各樣的3D晶片、3D造型，納米尺度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，還包括各高校研究機(jī)構(gòu)做的各種仿生結(jié)構(gòu)、生物光子學(xué)器件、微流控芯片、三維金屬部件等。

根據(jù)荷葉疏水屬性可用飛秒激光制備仿生疏水材料表面，是近年研究一個(gè)熱點(diǎn)

超快激光微納加工成為時(shí)代“新寵”

超快激光微納加工是一種超精細(xì)特種制造技術(shù)，可以加工特種材料，實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)和特定的光、電、機(jī)械等性能。該技術(shù)雖然可以不再依賴(lài)材料來(lái)制造工具，拓寬了被加工材料種類(lèi)，而且無(wú)磨損可變形等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在能量投送與利用效率、激光功率與吸收波長(zhǎng)選擇、投送的空間精度、工具造型、加工效率與精度等方面的問(wèn)題有待解決與提升。

近年來(lái)，超快激光技術(shù)發(fā)展極為迅速，隨著高功率皮秒、飛秒激光和光纖超快激光技術(shù)的突破和商業(yè)化，超快激光已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，成為學(xué)術(shù)界和激光應(yīng)用行業(yè)的熱門(mén)方向。同時(shí)，也受到各國(guó)的重視，成為時(shí)代“新寵”。

飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)制造微米尺度牛

超快激光能解決許多常規(guī)方法難以達(dá)到的高、精、尖、硬、難等等加工問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)令人驚奇的加工能力、加工質(zhì)量和加工效率，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

隨著中國(guó)市場(chǎng)和科技的發(fā)展，超快激光在生物醫(yī)療、航空航天、精密機(jī)械、能源環(huán)境、通信存儲(chǔ)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域有著更為寬廣的應(yīng)用范圍，而這一市場(chǎng)也將不斷擴(kuò)大。

超快激光的應(yīng)用前景巨大，可用于智能手機(jī)觸摸屏切割、薄膜刻蝕、太陽(yáng)能電池晶圓劃片、電路板微鉆孔等，以及在微納結(jié)構(gòu)、生物科研、醫(yī)療器具等等，一些應(yīng)用已經(jīng)在生產(chǎn)中大顯神通，新的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，將持續(xù)提升微納與精密加工制造技術(shù)的新高度。

孫洪波教授演講“超快激光與微納制造”

隨著智能化時(shí)代的來(lái)臨，人們對(duì)材料的需求不斷拓展，柔性材料、透明硬脆材料、復(fù)合材料等不斷應(yīng)用在人們的日常生活中。而在這一過(guò)程中，傳統(tǒng)的加工模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前科技的發(fā)展需求。在此條件下，如何為設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)加工，成為當(dāng)前科技產(chǎn)業(yè)亟待解決的問(wèn)題！

10月13-14日在深圳國(guó)際會(huì)展中心（寶安新館）舉行的ALAT 2020中國(guó)超快激光微納加工大會(huì)，我們特意邀請(qǐng)了超精細(xì)激光加工領(lǐng)域的國(guó)際知名學(xué)者，該領(lǐng)域標(biāo)志性符號(hào)“納米牛”的作者清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授來(lái)為您現(xiàn)場(chǎng)做技術(shù)報(bào)告，題目：《飛秒激光仿生制造人工肌肉骨骼系統(tǒng)》（擬）。

清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授

孫洪波在國(guó)外工作期間，由于他在微納激光制造領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性工作，日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)建立了以他姓氏命名的“孫”實(shí)驗(yàn)室。歸國(guó)執(zhí)教于吉林大學(xué)期間，他成為國(guó)家杰出青年基金獲得者，在吉林大學(xué)建立了超快光電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，幾年期間，研究水平迅速提升到國(guó)際前沿，為此，他于2010年獲得中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)頒發(fā)的“王大珩光學(xué)獎(jiǎng)”，該獎(jiǎng)由中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)評(píng)定，每?jī)赡暝u(píng)審一次，每次授予1-2人。

有著輝煌學(xué)術(shù)經(jīng)歷的他，如今是長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、國(guó)家杰出青年基金獲得者，中組部萬(wàn)人計(jì)劃學(xué)者、全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)教師, IEEE, OSA, SPIE Fellow。研究方向?yàn)槲⒓{光學(xué)工程，具體從事基于超快光譜技術(shù)的光電、電光轉(zhuǎn)換機(jī)理和基于光與物質(zhì)非線(xiàn)性相互作用的微納加工技術(shù)及其應(yīng)用研究。圍繞這一研究?jī)?nèi)容，發(fā)表SCI論文400余篇，被SCI論文引用15000余次，H因子60；研究結(jié)果被Nature、Science和Laser Focus World 等雜志專(zhuān)題介紹100余篇次，150余次國(guó)際會(huì)議邀請(qǐng)報(bào)告。目前任Light Science &Applications (Nature Publishing Group)雜志執(zhí)行主編，Optics Letters和Nanoscale等等十余個(gè)國(guó)內(nèi)外雜志編委或顧問(wèn)編委，任中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)微納光學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任、國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員、自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

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