超快激光技術的案例
Comsol超快激光燒蝕模擬
Comsol固體傳熱和變形幾何模塊耦合模擬納秒超快激光燒蝕，飛秒多脈沖激光可用PDE雙溫方程和事件耦合來實現激光燒蝕模擬。
激光雷達超遠距離測距技術
摘 要
針對超遠距離多功能交會對接激光雷達需求，開展基于非相干測距技術的遠距離激光測距通信一體化模塊研制，在不改變原有雷達主機架構和信號體制下，實現對遠距離高動態合作目標的通信測距功能。推導出測距原理，對動態、時鐘性能等因素產生的測距誤差進行理論分析，給出速度、時鐘性能對測距誤差的影響公式。得出在高動態環境下，相對速度與測距周期、雙方鐘差共同作用產生測距系統誤差，且速度越大系統誤差越大的結論。設計測距通信一體化演示驗證平臺，完成測距通信算法的軟硬件評估，實測結果與理論推導相符，為后續新體制激光雷達原理樣機研制奠定技術基礎。
引 言
掌握航天器交會對接技術是一個國家建立長期無人在軌運行、短期有人照料的載人空間試驗平臺的首要任務。空間交會對接中，測量手段通常有微波雷達、GPS導航定位技術、光學成像敏感器和激光雷達。其中，激光雷達具有波束窄、分辨率高、體積小、質量輕、精度高等優點，空間交會對接激光雷達由主機、信息處理機及合作目標組成。合作目標由多個角錐棱鏡所組成的反射器陣列。由于體積功耗的限制，基于反射器合作目標體制的交會對接雷達作用距離受限，在需要超遠距離進行激光交會對接場合必須尋求新激光雷達體制。
激光通信測距一體化技術已發展的較為成熟，在激光通信的同時實現雙終端間距離和時鐘之間的時差測量。2009年，俄羅斯在GLONASS-K導航衛星上搭載了測距通信激光通信終端，實現了5.5萬千米雙星間的測距通信，測距精度達到了3cm。2013年9月，美國宇航局完成月地之間激光鏈路建立，實現下行622 Mbit/s、上行20Mbit/s的數據傳輸，測距精度為3cm。當前，常用的測距方案有基于雙向單程測量技術和基于多普勒技術兩種。在我國北斗三號衛星激光通信終端及其他編隊飛行器設計中采用了雙向單程的星間測距方案。
展開 航空發動機取得核心突破 中國“心”展翅高飛
據介紹，航空發動機葉片相關技術的掌握，意味著我國將大大提高大推重比發動機的生產能力，并將大大提高原有發動機的使用壽命。
相關技術還將惠及公眾生活
中科微精成立短短三年來，不斷攻克超快激光極端精細制造領域的一個個技術難關并進行了產權固定，團隊申請專利120余件，從設備整機到關鍵部件再到加工系統集成專業軟件，均有知識產權覆蓋保護，加速了公司的市場開拓和快速發展。
激光技術自問世以來，60多年間，取得了飛躍的發展，其應用幾乎涵蓋所有工業領域，除輕工業、汽車、航空航天、動力及能源行業外，正逐步向精細、微細加工領域拓展，有力推動了電子制造、集成電路、通訊、機械微加工、醫療、牙科、美容儀器設備及新興應用的發展。
中國經濟導報記者了解到，作為國內超快激光高端制造裝備的先導者，中科微精也相繼開發出系列化超快激光加工裝備（航空類、航天類、汽車類、電子類），在將超快激光極端智造技術應用于航空航天事業的同時，也不斷向民用領域拓展，惠及公眾生活。
超快激光智造技術和裝備可以應用在電子、汽車、醫療等方面。由于燃料不完全燃燒造成的汽車尾氣是空氣污染的一個重要原因，利用超快激光技術可實現汽車噴油嘴倒錐孔高精度加工，經過高壓霧化的燃料可更加充分地燃燒，達到減少廢氣污染的目的。在醫療領域，超快激光解決了國產心臟支架加工精度低、筋寬不一致、毛刺多等加工缺陷，解決了制約國產心臟血管支架激光切割加工的“瓶頸”技術問題。在電子通信領域可實現藍寶石、玻璃等硬脆材料高效、高品質加工瓶頸，可大幅提升加工效率，降低制造成本。
展開 超高速激光熔覆技術： 為中國綠色制造再添新動能
這一優勢互補可進一步推動超高速激光熔覆技術在‘一帶一路’沿線國家的應用。”
成果轉化市場前景廣闊
“我們希望用超高速激光熔覆技術直接對接中國的市場需求，實現綠色先進制造，在節省生產成本的同時，提高產品的使用周期。”這正是洪臣選擇來中國的初衷。他介紹：“普通的激光熔覆技術速率是0.5—2米/分鐘，而超高速激光熔覆技術可達到50—200米/分鐘，鍍層速度至少提高了100倍。超高速激光熔覆技術的另一個優點是：目前可以在零件表面制備大規模的同成分涂層，這將有可能生產出在生命周期內不會磨損的創新零件。”
目前，北京煤礦機械裝備有限責任公司正計劃與中國機械科學研究總院以及亞琛聯合科技公司開展三方戰略合作，針對煤機液壓支架立柱表面的耐腐蝕涂層制備技術進行工藝研發。該技術以10倍以上的效率在零件基體上制備了不同厚度的耐腐蝕涂層，已經通過標準鹽霧試驗測試(GBT 10125-2012)，耐腐蝕性評級達到國標(GB_T6461-2002)9級水平。
“我們有產品升級和制造技術提升、淘汰落后技術的需要。超高速激光熔覆技術在高質量性能基礎上的高效率、成本適中和制造過程中的綠色環保，以及技術今后的拓展空間讓我們感興趣。”杜春海表示，“其在增材制造、零件再制造以及復合性能材料研發、高端零件價值性能提升和降低成本等方面都有著廣闊的應用前景，將進一步提升我國制造行業的水平。”
經過半年的奮戰，全球第一臺超高速激光熔覆設備已由亞琛聯合科技公司按照中國機械科學研究總院先進制造技術研究中心的技術需求交付完成，第一臺樣機將用于中德雙邊開展大量的可行性研究以及小批量生產。“相信不久大家就可以看到超高速激光熔覆技術在國內的應用實例。”王淼輝認為，超高速激光熔覆技術的發明是增材技術發展歷程中的革命性一步，它在未來將會極大地刺激金屬3D打印技術的產業化應用。
展開 
基于comsol的光電半導體分析，光激發半導體載流子 ￥3200
下圖是半導體在飛秒激光的照射下，產生了電子濃度的分布。
太赫茲( Terahert,THz)通常指頻率在100GHz~10THz(對應波長3m-30km)波段的電磁波,在微波和紅外光之間,它的長波段與亞毫米波重疊,短波段與遠紅外線重疊,處于電子學和光子學的交義領域。上世紀八十年代中期以前,由手缺乏有效的發射和探測太赫茲的方法,人們對于這一波段的電磁波認識很有限,以至于人們稱這波段為“太赫茲間隙( THZ Gap)”。近年來,隨著超快激光技術的發展,為實現穩定的太赫茲發射器提供了基礎,太赫茲發射技術取得了突破,太赫茲科學技術成為一個熱門研究新領域。
光電導太赫茲天線是一種最早出現的人工太赫茲發射器件又叫光電導開關。太赫茲光電導天線一般采用GaAs等半導體化合物晶體作為基底材料,以Au/Ni等金屬作為電極鍍在基底材料上,電極兩端加上一定的電壓形成偏置電場。
當用飛秒激光脈沖照射在太赫茲光電導天線的基底材料表面時,會使基底材料中的電子從價帶受輻射激發躍遷到導帶上,在半導體內產生自由移動的光生電子空穴對,光生電子空穴對在外加偏置電場的作用下形成瞬態電流,這種在皮秒和亞皮秒級變化的電流向外輻射出太赫茲波并經過基底背面的透鏡發射光電導天線的基本結構。
太赫茲光電導天線的仿真計算流程如下。
需要應用半導體模塊和波動光學模塊，下圖是模型計算出來的輻射強度隨時間變化，半導體生成了一個20太赫茲輻射。
模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
展開 一種玻璃陶瓷納米級3D打印技術
關于這一技術的應用，研究團隊在發表的論文中表示，“超快激光3D光刻”技術為多種光學結晶無機材料微型器件的制造提供了一條新途徑。這種工藝可以制造復雜而具有彈性的微觀器件，并且具有一些新的特性，例如在惡劣的物理和化學環境中的彈性特征。該技術將可用于制造一些在惡劣物理和化學環境以及高溫環境中使用的微型器件。
天下武功，唯快不破——我國實現航空發動機葉片超精細“冷加工”突破
中國科學院西安光學精密機械研究所瞄準航空、航天等戰略領域對極端精密制造裝備的重大需求，在中國科學院科技成果轉移轉化重點專項（弘光專項）項目“航空航天發動機極端精細制造裝備”等的支持下，在國際上率先突破了小空腔（0.5毫米）葉片對壁無損傷微孔加工的世界技術難題，在國內率先攻克了高精度、三維可編程、異型微結構掃描成形技術，實現了超高精度（±2微米）及異型氣膜孔的高品質加工，為新型航空發動機葉片的研制提供了重要的技術支撐。
▲航空發動機。（資料圖）
在弘光專項項目支持下，西安中科微精光子制造科技有限公司實現了系列化超快激光極端制造裝備的產業化。截至目前，已建成1條核心部件及3條極端精細制造裝備的中試生產線，相關產品已在中國航發商發、中國航發西航、中國航發黎明、貴陽精鑄、中國航發航材院等20余家航空航天領域優勢單位得到應用，為我國航空航天發動機關重件加工提供了新的加工手段和裝備，有力地推動了我國航空航天發動機領域的技術進步和產業發展。
▲系列化超快激光極端制造設備，可滿足各領域對超精細冷加工的制造需求。
針對航空領域，在國內率先利用超快激光極端制造技術攻克了新型超高溫單晶材料和高精度復雜微結構制造難題，實現了對高壓渦輪葉片氣膜孔的“超精細冷加工”，解決了現有電火花、長脈沖激光加工工藝存在重鑄層、微裂紋、再結晶等缺陷的問題，完成了國產發動機多型號、多批次高壓渦輪單晶葉片的氣膜孔加工及驗證，為國產大飛機發動機換上“中國心”打下堅實基礎。
針對航天領域，攻克了50±2微米高品質鉆孔技術，將航天推進器流量控制板的控制精度提升三個數量級（由毫克/秒提升至微克/秒），減少燃料攜帶量約20%，并成功應用于世界首套在軌驗證的磁聚焦霍爾推進系統，促進了航天推進系統升級。
內容延伸
葉片上為何要打孔？為何一定要激光打孔？
展開 工業4.0下的光纖激光器市場：已成市場主流，國內廠商崛起
近幾年，隨著激光器技術的成熟，在國內的很多工廠，激光加工已經取代了傳統的機械加工。
隨著全球工業4.0的不斷推進，激光加工技術的應用領域越來越多，從材料加工到汽車生產，再到3D打印等新興產業，激光技術已經成為國家戰略的一部分。
光纖激光器的市場及應用
近年來，光纖激光器技術越來越成熟，在國內的市場占比越來越大，大有取代CO2激光器之勢。
2017年全球工業激光器市場結構
（數據來源：OFweek行業研究中心）
光纖激光器之所以備受歡迎，與市場環境和它自身的特點密不可分。相較于其它類型的激光器，制造成本低、穩定性高、散熱快等優勢，應用在大規模增長的工業切割和焊接需求上，可謂是再合適不過的了。
光纖激光器應用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業造船、汽車制造、激光雕刻激光打標、激光切割、軍事國防安全、醫療器械儀器設備、大型基礎建設，以及作為其他激光器的泵浦源等。
國內光纖激光器產業起步較晚
我國光纖激光器產業化起步比較晚，早期國內光纖激光器幾乎全部從海外進口。但是近幾年光纖激光技術發展迅速，光纖激光器的年增長速度超過35%，遠高于全球工業激光器7%-9%的增速。光纖激光器憑借先天性優勢在逐漸蠶食固體和二氧化碳激光器的市場份額，同時光纖激光器也在逐漸開辟新的應用領域。
近兩年，以Nd：YAG激光器為代表的固體激光器開始下滑，但是全固態固體激光器的發展未來或將能夠彌補傳統固體激光器的市場萎縮。此外，超快固體激光器技術的突破，將成為固體激光器市場占比提升的主要動力。
近年來國內的光纖激光器廠商后勁十足
OFweek研究中心預計未來3年，中國光纖激光器市場將持續高速增長，其市場占比繼續擴大。
展開 CINNO Research | 2020年國內顯示行業激光切割設備市場規模達14億元
產品應用于顯示面板、半導體、新能源等行業，主要設備包括面板切割、模組切割、剛性OLED封裝、柔性面板切割等，在中國面板激光領域特別是柔性OLED激光加工領域保持市場領先地位。
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大族激光成立于1996年，是行業內唯一入選國家工信部智能制造試點示范項目名單企業。產品主要應用于面板顯示、消費電子、航天航空、軌道交通等行業的激光加工，競爭力強，業績增長明顯，是國內激光設備最齊全、細分行業經驗最豐富的企業。
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德龍激光的產品主要是激光切割、激光蝕刻、激光打孔、激光修復等高端激光設備。業務同時覆蓋激光器和精密加工成套設備，是國內少數幾家可以實現固體激光器種子源自產的廠商之一，其超快激光切割加工技術在行業內居于領先地位。
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