近年來，超快激光市場呈現(xiàn)出持續(xù)高速增長的態(tài)勢，這一增長態(tài)勢得益于其在材料加工、醫(yī)療診斷、生物成像、電信、國防和安全等眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。隨著各行業(yè)對精密解決方案的需求不斷增加，超快激光市場將繼續(xù)擴(kuò)大。
全球超快激光市場規(guī)模將達(dá)272億元
根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)Future Market Insights發(fā)布的最新報(bào)告指出，2023年全球超快激光市場規(guī)模為15億美元（折合人民幣約107.5億元），并預(yù)計(jì)將以10%-15%的復(fù)合年增長率持續(xù)擴(kuò)張，到2033年有望達(dá)到驚人的38億美元（折合人民幣約272億元）。
這股增長狂潮的動(dòng)力何在？答案在于超快激光無可比擬的“精密”特性。它能產(chǎn)生飛秒（10^-15秒）甚至阿秒（10^-18秒）級的極短脈沖，將能量在瞬間、極小的空間內(nèi)精準(zhǔn)釋放，幾乎不產(chǎn)生熱效應(yīng)。這使其成為材料加工、醫(yī)療、半導(dǎo)體、國防、科研等尖端領(lǐng)域的“神兵利器”。
需求的激增是核心驅(qū)動(dòng)力。汽車電子追求更精密的傳感器，半導(dǎo)體需要更微小的電路，醫(yī)療器械要求更光滑無損傷的切割面……這些，都離不開超快激光的“精雕細(xì)琢”。同時(shí)，激光光源本身也在進(jìn)化：更緊湊、更可靠、更簡單，使其能集成到更多設(shè)備中，開辟新應(yīng)用場景。
然而，該報(bào)告也指出了超快激光面臨的挑戰(zhàn)：高昂的采用與集成成本，對專業(yè)操作人員的需求，以及可能出現(xiàn)的市場碎片化，都是影響其進(jìn)一步發(fā)展的難題。但這并未阻擋創(chuàng)新的腳步，三大核心趨勢正引領(lǐng)著超快激光的未來。
巨大市場背后的技術(shù)裂變
脈沖控制革命——千兆赫茲脈沖串技術(shù)重構(gòu)加工范式
當(dāng)前，超快激光技術(shù)的多功能性正迎來更縱深的拓展，其應(yīng)用邊界在跨材料加工與創(chuàng)新工藝中持續(xù)突破。這項(xiàng)技術(shù)不僅能在陶瓷、聚合物、玻璃等典型脆性材料中實(shí)現(xiàn)微米級精細(xì)特征加工，還能對材料進(jìn)行表面改性與功能化處理，甚至還涉略到3D打印工藝鏈，這為其在航空航天、醫(yī)療行業(yè)等要求嚴(yán)苛的行業(yè)開辟了新應(yīng)用。此前，加工速度慢一直是超快激光技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的主要瓶頸。最初，業(yè)界嘗試通過增強(qiáng)激光器功率提升燒蝕速率，卻引發(fā)了屏蔽效應(yīng)、飽和效應(yīng)及熱積累損傷等問題。近年來，激光技術(shù)開發(fā)者探索出激光脈沖序列（突發(fā)脈沖bursts）來克服這些效應(yīng)。其目標(biāo)是通過在殘余熱量擴(kuò)散前實(shí)施連續(xù)脈沖加工，既能降低單脈沖能量需求，又能提升加工效率，同時(shí)避免材料熱損傷。
Lithium Lasers公司（13501282025）的FEMTOFLASH飛秒激光器采用了革命性的千兆赫茲脈沖串技術(shù)，突破傳統(tǒng)兆赫茲激光器的局限。傳統(tǒng)技術(shù)因脈沖重復(fù)率低易導(dǎo)致熱積累，而該技術(shù)通過精密控制飛秒脈沖序列，使材料在飛秒脈沖作用下快速汽化，在熱擴(kuò)散前完成加工。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)三大優(yōu)勢：大幅降低熱損傷、提升燒蝕效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱負(fù)載的精準(zhǔn)控制。
同時(shí)，它提供前所未有的脈沖控制靈活性（脈沖數(shù)、能量分布、重復(fù)頻率可調(diào)），滿足最苛刻的加工需求，尤其適用于半導(dǎo)體制造、印刷電路板加工，以及玻璃和金屬材料的先進(jìn)微加工等應(yīng)用場景。
Lithium Lasers 的超快技術(shù)，使用戶能夠在玻璃材料上實(shí)現(xiàn)打孔。圖片來源：Lithium Lasers
波長邊疆拓荒——中紅外激光解鎖新材料
近年來，發(fā)射不同紅外波長的超快激光器憑借其獨(dú)特特性以及在先進(jìn)材料加工應(yīng)用領(lǐng)域的潛力，受到了廣泛關(guān)注。這類激光器為實(shí)現(xiàn)高精度、可控性強(qiáng)的材料相互作用創(chuàng)造了必要條件。
在眾多波長中，3 μm波長優(yōu)勢顯著。它處于包括聚合物和玻璃在內(nèi)的許多材料的最佳吸收范圍內(nèi)，同時(shí)又處于大多數(shù)半導(dǎo)體的透明范圍內(nèi)。這使得基于該波長的激光器在進(jìn)行切割、鉆孔和微加工時(shí)效率更高，能夠在實(shí)現(xiàn)高效加工過程的同時(shí)，最大程度減少熱損傷和熱影響區(qū)域。
加拿大的Femtum公司（13522079385）專注于中紅外（MIR）脈沖光纖激光器的開發(fā)，對3 μm脈沖光纖超快激光器應(yīng)用的探索備受矚目。其干式激光清洗技術(shù)成為半導(dǎo)體行業(yè)突破：能選擇性清除制造過程中產(chǎn)生的有機(jī)殘留物和微粒，不損傷精密的硅基結(jié)構(gòu)，替代低效且易損傷的手動(dòng)清洗，提升良率。
利用發(fā)射波長為2.8 μm的激光器實(shí)現(xiàn)光柵耦合器殘留物去除。清潔前（左）清潔后（右）圖片來源：Femtum
另一家德國波鴻魯爾大學(xué)的衍生公司RayVen Laser公司（13501282025）， 瞄準(zhǔn)2 μm窗口（填補(bǔ)1-3 μm空白），開發(fā)了發(fā)射波長為2 μm的高功率超快激光系統(tǒng)。其高功率、高穩(wěn)定性激光系統(tǒng)（RayVen-S/L系列）在硅光子學(xué)、人工智能加速器、芯片制造（如硅改性、無缺陷結(jié)構(gòu)、激光鍵合）中潛力巨大，因該波長在硅中具有獨(dú)特優(yōu)勢。
精度躍遷引擎——反射式光束整形突破衍射極限
超快激光光束整形是指對超快激光光束的空間或時(shí)間特性進(jìn)行操控，以實(shí)現(xiàn)所需的強(qiáng)度分布或聚焦模式的過程。在材料加工應(yīng)用中，這一過程對激光與材料相互作用的精度和控制影響顯著。無論在何種情況下，光束整形都是滿足行業(yè)對耐損傷性、效率和長期穩(wěn)定性高要求的有效解決方案。在使用紫外和深紫外波長的激光工藝中，光束整形對于實(shí)現(xiàn)更小特征尺寸往往起著關(guān)鍵作用。
Midel Photonics公司（15910974236）為超快紫外到紅外激光器研發(fā)了一種新型的光束整形技術(shù)——反射式光束整形技術(shù)，為半導(dǎo)體制造、高速光刻以及精密切割/焊接等工藝提供了潛在的解決方案。該技術(shù)通過無色散光束控制，避免了色差和非線性效應(yīng)，確保了所有波長下超短脈沖的完整性。
Midel Photonics反射式光束整形技術(shù)圖片來源：Midel Photonics
前沿探索：阿秒脈沖捕捉量子世界
如微加工和表面處理/功能化等高精度工業(yè)加工，目前構(gòu)成了超快激光最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。除此之外，基礎(chǔ)科研是超快激光的另一個(gè)重要增長領(lǐng)域。對于研究人員而言，理解材料對短激光脈沖的響應(yīng)是關(guān)鍵課題。這種理解對于改進(jìn)未來的解決方案和系統(tǒng)及其所能達(dá)成的成果至關(guān)重要。
材料超快動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域，利用其極短脈沖，科學(xué)家們正在開展“泵浦-探測”等實(shí)驗(yàn)，捕捉電子、自旋運(yùn)動(dòng)的“阿秒級”瞬間（如德國UltraFast Innovations公司的AURORA XUV相位延遲器助力磁動(dòng)力學(xué)研究）。這些對物質(zhì)超快響應(yīng)的深刻理解，將反哺下一代激光技術(shù)和材料的開發(fā)。
