当飞秒激光遇上“黑科技”， 无限释放加工可能性 ——采访杰普特光电激光技术支持部应用工艺经理贺亚龙

在今年的“激光加工行业—荣格技术创新奖”评选中，杰普特光电凭借“GHz基频20W飞秒光纤激光器”创新产品获得多数专家的评委票数，一举夺得“年度创新团队奖”称号。在本期栏目，我们有幸采访了公司激光技术支持部应用工艺经理贺亚龙。由他向我们讲述这款获奖产品诞生背后的故事。

贺亚龙/杰普特光电激光技术支持部应用工艺经理

问：请您介绍一下这款产品的研发背景以及应用领域，可以解决哪些行业痛点？

答：在激光精密加工领域，飞秒激光凭借极短的脉宽和极高的峰值功率，能够实现与材料极短的作用时间，从而实现“冷”加工。然而，传统飞秒激光加工通常采用kHz或MHz重复频率的单个脉冲与材料相互作用，单脉冲能量在10-100μJ范围内，导致加工效率较低。

杰普特通过引入GHz飞秒激光脉冲串的“烧蚀冷却”技术，材料在高重频脉冲的连续作用下，烧蚀产生的热提取效应与GHz脉冲带来的热扩散效应，达到平衡。这使得单脉冲能量可以降至极低水平（<1μJ），同时仍能达到烧蚀阈值，并保持极高的加工精度。

这款20W GHz基频飞秒光纤激光器集成了紧凑、高稳定性的GHz重频种子源，并结合高精度声光调制技术、严格的时序控制以及多级光纤放大器优化设计，实现了脉冲串重频、脉冲数和脉冲能量的灵活可调功能，为用户提供了高度定制化的激光输出解决方案。

GHz基频20W飞秒光纤激光器

用户在使用脉冲激光进行加工时，窄脉宽意味着更低的热影响，高重复频率意味着更高的加工效率。GHz飞秒激光器结合两者的优势，通过烧蚀冷却的机制做到高效冷加工，把能量用到刀刃上。整机具备较高的稳定性和良好的光束质量，特别适用于硬脆材料的“冷烧蚀”加工，其加工效率显著优于传统单脉冲激光器。

目前，这款激光器在齿科切削领域展现出卓越的应用潜力，特别是在牙釉质和牙本质去除方面。为响应客户需求，公司针对人类牙齿样本进行了专项工艺试验。试验结果表明，相较于传统低基频单脉冲飞秒激光器，GHz基频飞秒光纤激光器能够在更高平均功率下有效避免牙齿组织在加工过程中出现碳化或发黑现象。显著提升材料去除效率，确保优异的加工表面质量，为齿科医疗提供了更高效、更精准的解决方案，获得了用户的高度认可。

除齿科治疗外，该激光器的应用领域还包括激光备牙、金属表面改性、脆性材料加工、深孔加工等。基于GHz飞秒激光的烧蚀冷却技术，可以有效弥补飞秒激光在工业应用中低吞吐量的不足，特别适用于硬、脆性材料的精密加工，具有重要的工业应用价值。

问：相比其他同类产品，这款产品具有哪些独特的优势？

答：首先，这款激光器主要是由GHz种子源放大系统和压缩展宽系统组成，激光器的种子源采用了NPE方案。而NPE是通过腔内的非线性相移和偏振控制来实现被动锁模，腔内需要使用非保偏光纤。传统NPC结构，因为非保偏光纤会导致抗干扰能力欠佳。对此，杰普特采用了特殊的腔内设计，可以避免这个问题，保证了种子源的稳定性。

其次，种子源是直接从腔内输出GHz脉冲，跟脉冲之间的一致性更佳，更容易控制色散，可以获得更好的脉冲输出质量。

GHz 基频 20W 飞秒光纤激光器在齿科切削的应用

综合来看，种子源直接输出GHz重频的飞秒脉冲，摒弃了传统腔外环路脉冲叠加方案，有效避免了色散管理的复杂性。通过先进的腔体光学设计和模块化结构，确保GHz重频种子源的高稳定性。此外，电控模块还集成了种子源工作状态监测和各级放大输出稳定性监控功能，进一步提升了激光器的安全性和可靠性。

激光器支持脉冲数（50-1000）和重频（100kHz-1MHz）的灵活调节，同时脉冲串包络形状可编程编辑，能够满足多样化应用场景的参数需求，为用户提供最优的加工效果和广泛的应用适应性。公司基于MOPA脉冲激光器的开发经验，在脉冲包络控制、种子、光开关、各级放大的持续控制，智能反馈与监控等方面都有成熟的软硬件方案，确保激光器的稳定可靠，可用性强。

问：您如何看待激光器尤其是飞秒激光器的未来应用前景？

答：对于飞秒激光器，未来的一个重要发展方向是更短的脉宽。我们现在做的飞秒激光器实际测出来的脉宽是小于300飞秒。接下来，公司将进一步往更短脉宽的方向去拓展。另外，在更快的同时还需要更高功率做支撑，因为未来的加工一定是时间和效率的平衡考量。效率提升的前提是功率的提高。

目前，飞秒激光器在处理材料微观结构方面具有显著优势。如果激光器的脉宽更窄，就可以做更小的微观尺寸结构。比如在火柴头上雕刻出一些丰富图案。对于激光器的要求，也就是更窄的脉宽、更高的精度、更低的热影响。

GHz基频的飞秒激光器在精密测量、光谱成像、微波光子学、减材加工等先进制造等领域都有广泛需求和应用前景，对于推动新能源、半导体、量子信息技术和碳中和等领域的健康自主发展具有重要意义。

在工业先进制造领域，高重频飞秒激光可以应用于蓝宝石、陶瓷、金刚石等硬脆材料的钻孔、划线、微结构加工，玻璃TGV深孔加工，此外还有医疗领域中的骨科、齿科的切削应用等。由于高重频脉冲串的“冷烧蚀”特性，也适用于一些特殊材料，比如聚合物薄膜的加工，金属材料钻孔、表面处理。在显示行业OLED和集成电路行业，医疗器械行业等也具有良好的应用。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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