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(xué)研究、公共技術(shù)平臺和大科學(xué)裝置、創(chuàng)新樣板工廠、粵港澳交叉科學(xué)中心四大核心板塊。目標(biāo)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(xué)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(shù)研究與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，為科技成果的快速轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化提供強力引擎，同時通過密切關(guān)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(shè)備與服務(wù)”的理念，同時借助松山湖材料實驗室在科技成果轉(zhuǎn)化體制、機制上優(yōu)勢，為各領(lǐng)域極高精度、極高質(zhì)量、極高效率制造提供關(guān)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(yīng)用，各零部件逐漸向輕、小、精方向發(fā)展。各領(lǐng)域?qū)Σ牧系母呔取⒏哔|(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(lǐng)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(shè)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(xì)制造技術(shù)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(shù)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(yīng)用范圍與潛力，在汽車、電子醫(yī)療、空天、新材料等領(lǐng)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(dāng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)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(xì)、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(fù)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(yīng)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(lǐng)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(guān)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(guān)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(guān)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(shè)計、制造、材料、檢測等方面持續(xù)創(chuàng)新，加快新技術(shù)新工藝在空天領(lǐng)域的應(yīng)用，為我國空天推進系統(tǒng)不斷升級提供關(guān)鍵技術(shù)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(jié)合已有基礎(chǔ)，針對各領(lǐng)域?qū)Τ?xì)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(lǐng)域的超精細(xì)微孔加工裝備核心指標(biāo)已達(dá)到國際先進水平，并在國內(nèi)相關(guān)優(yōu)勢單位取得重大應(yīng)用。

系列化超快激光加工設(shè)備

經(jīng)過多年的研發(fā)，團隊所擁有的技術(shù)在超快激光在精細(xì)加工領(lǐng)域已經(jīng)體現(xiàn)了一定的技術(shù)門檻和優(yōu)勢。但是也面臨著民用領(lǐng)域應(yīng)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(biāo)。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(xì)加工研究的技術(shù)不斷變現(xiàn)提供了關(guān)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(zhuǎn)化應(yīng)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(shè)，同時進一步促進超快激光精細(xì)加工研發(fā)技術(shù)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(lǐng)域開發(fā)的系列化超快激光加工設(shè)備

面對當(dāng)前復(fù)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(dǎo)體等領(lǐng)域。在不斷進行科研技術(shù)創(chuàng)新的同時，兼顧與地方企業(yè)進行技術(shù)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(zhuǎn)型和升級，其中一個重要戰(zhàn)略便是轉(zhuǎn)向附加值和技術(shù)壁壘更高的高端精密加工。高重復(fù)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(yīng)用于材料加工，帶來了產(chǎn)品設(shè)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常可觀。隨著超快激光器制造和控制技術(shù)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(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在下游需求的驅(qū)動下，超快激光正在代表先進制造業(yè)發(fā)展方向，引領(lǐng)制造技術(shù)進入激光制造的新時代。