专访 | 中辉激光：中国商业化碟片激光器先行者
科技
2024-11-18 13:52
上海
自世界上首台激光器诞生至今的60余年间，激光器种类繁多。光纤激光器、半导体激光器、CO₂激光器等皆是热门类型，而碟片激光器领域，德国通快独占鳌头近30年，期间鲜有能与其竞争的新企业出现。中辉激光便是一家聚焦碟片激光器的中国企业，此前曾有媒体报道，中辉激光已达成全球第二家具备碟片激光器量产的能力。为此光电汇采访了中辉激光董事长颜永振，请他带我们走进碟片激光器的精密世界。颜永振并非一开始就涉足激光。他第一次见到激光器是在中国科学院力学所读研期间。当时实验室配备的是国内首台1000 W连续光纤激光器，这一设备在当时国内极为先进。其不仅体积庞大，造价更是高达400多万，调试时还需国外厂家携专门工具前来，足见其精密。这促使他开始关注激光相关企业，他发现通快在激光技术领域表现卓越，尤其在高端激光焊接应用方面，且通快是当时全球唯一实现碟片激光器技术产业化并垄断该市场近30年的公司。2009年，颜永振进入通快。在工作的11年间，他再次被激光技术广阔的发展前景所吸引，同时意识到国内在该领域潜力巨大。国外企业虽实验室技术水平较高，但产品开发速度迟缓，如国外品牌大约5年才推出一款产品，而国内企业发展节奏较快，被国外垄断的激光技术并非不可逾越。2020年，颜永振决定开始创业。当时激光技术发展飞速，超快激光是可以预见的未来方向，颜永振选择了攻关难度最大的碟片激光器。“碟片激光器在超快激光领域有着独特优势，碟片介质呈薄片形状，散热性能佳、表面面积大。对于超快激光器而言，在百瓦级范围，碟片的热透镜效应几乎可忽略不计，这是在提高功率和能量方面的天然优势，而光纤等其他材料则不具备。”还记得前面我们提到的，近30年来只有通快一家企业能够实现碟片激光器技术产业化吗？在国内，也有一些单位在研究碟片技术，比如中国科学院大连化物所，华中科技大学、深圳技术大学等。不过，这些单位大多处于实验室阶段，尚未完全实现激光器的产业化。作为增益介质，碟片的制造是最为困难的部分。碟片的厚度一般处于百微米量级，直径大概为几厘米。和其他种类的增益晶体有所不同的是，碟片晶体无法在市场上直接购买得到，只能自行制造，而要制造如此薄的晶体面临着极大的挑战。碟片制造是碟片激光器得以实现的基础，如果这一环节无法突破，那一切都无从谈起。中辉激光成功找到并培养了自己稳定的供应商，将采购来的晶体进行再加工，突破了碟片制造技术，但这也只是迈出了第一步。“光有碟片不行，做成激光器，关键在于稳定性。稳定性虽然只是简单的三个字，但涉及多种因素交织，从器件结构设计到配套群体都要合格才能实现，这是碟片激光器工程方面最核心的问题，不稳定就无法将激光器作为产品提供给客户使用。”颜永振解释道。“除了技术上的原因，”颜永振补充道：“光纤激光器的迅猛发展也对碟片激光器在连续激光器领域造成不小的冲击。光纤激光器价格便宜、小巧免调，加上厂家众多，使得用碟片做连续激光器性价比不高。”“在超短脉冲激光器领域，碟片激光器目前有绝对优势，因为它的光斑可以做得很大，这样非线性效应就小，单脉冲能量就可以做得很高。”颜永振接着说：“两者没有绝对的好坏之分，取决于应用方向。碟片激光器和其他掺镱固体激光器一样，受限于增益带宽，在脉宽上还不能和某些光纤激光器相比；而在平均功率和脉冲能量上，光纤激光器很难达到碟片激光器的水平。因此碟片激光器在工业加工领域应用更广。”中辉激光的技术团队是从零开始逐步培养起来的。从核心技术到产品制作是个很大的跨度，这期间需要大量时间。中辉激光的第一款产品是150 W超短脉冲激光器，颜永振说：“FL150是中辉激光的第一款、也是公司产品序列里最低功率的一个产品平台，但它首次打破了国外垄断，并且为我们中辉的团队积累了大量的工程实践经验，为我们后续更高功率，千瓦乃至未来的万瓦级超快激光平台的研发，提供了宝贵的原始积淀。”中辉激光百瓦级超快激光器 -- FL150
基于150 W的研发平台和经验，中辉激光很快推出了1000 W碟片激光器，以及针对光伏领域的300 W皮秒激光器，并且计划推出500 W超短脉冲激光器，以填补150 W到1000 W产品之间的空白。![]()
颜永振表示，国内1000 W碟片激光器竞争者较少，市场空间较大，未来他们将在超短脉冲应用领域主推千瓦量级以上的碟片激光器，定位中高端市场。目前，碟片激光器可广泛应用于半导体材料和芯片、新一代移动通讯、新型薄膜光伏组件、新能源汽车、航空航天关键零部件、高端医学器械加工等诸多领域，市场前景十分广阔。中辉激光在碟片激光器领域有着巨大的发展潜力，但也面临着诸多挑战。![]()
中辉激光的研发车间
在产品研发上，从150 W到1000 W再到未来计划推出的500 W产品，中辉激光在不断探索碟片激光器不同功率产品的研发路径。研发过程中的难点众多，无论是工程问题中的结构设计与批量化生产的一致性要求，还是水电气等辅助条件的高标准，都需要精心应对。反复的验证迭代虽然耗时，但这是确保产品稳定性和可靠性的必经之路，不同功率产品的构件异同背后是对稳定性这一核心问题的不断求解，而与供应商的配合在定制部件方面也需要更多的时间和耐心。而在市场竞争方面，150 W产品面临的激烈竞争现状反映出整个碟片激光器市场的竞争态势。在有限的市场容量下，如何从恶性竞争走向良性竞争，是整个行业需要思考的问题。对于中辉激光来说，要在竞争中脱颖而出，不仅需要提升产品性价比，还需要开拓更多的应用领域和客户资源。颜永振表示：“现在中辉激光处于比较稳定的快速上升阶段，目前我们已经获得了某一特殊应用的批量订单，预计明年千瓦量级的产品将大批量产出，我们希望通过这个产品能够快速打开中高端应用市场。”2024年，中辉激光员工已达70多人，研发人员占比50%，预计营收8000万。尽管碟片激光器领域的探索之路上充满挑战，他们还是凭借对技术的执着和对市场的敏锐洞察，一步步向着打造更具竞争力的碟片激光器产品迈进。他们的经历不仅是一个企业的成长历程，也是中国激光行业众多初创企业发展的缩影，我们期待中国碟片激光器在未来能够取得更多的突破和发展。本公众号长期征稿![]()
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