107亿→272亿背后，超快激光的三大技术裂变

摘要：近年来，超快激光市场呈现出持续高速增长的态势，这一增长态势得益于其在材料加工、医疗诊断、生物成像、电信、国防和安全等众多领域的广泛应用。随着各行业对精密解决方案的需求不断增加，超快激光市场将继续扩大。

近年来，超快激光市场呈现出持续高速增长的态势，这一增长态势得益于其在材料加工、医疗诊断、生物成像、电信、国防和安全等众多领域的广泛应用。随着各行业对精密解决方案的需求不断增加，超快激光市场将继续扩大。

全球超快激光市场规模将达272亿元

根据权威机构Future Market Insights发布的最新报告指出，2023年全球超快激光市场规模为15亿美元（折合人民币约107.5亿元），并预计将以10%-15%的复合年增长率持续扩张，到2033年有望达到惊人的38亿美元（折合人民币约272亿元）。

这股增长狂潮的动力何在？答案在于超快激光无可比拟的“精密”特性。它能产生飞秒（10^-15秒）甚至阿秒（10^-18秒）级的极短脉冲，将能量在瞬间、极小的空间内精准释放，几乎不产生热效应。这使其成为材料加工、医疗、半导体、国防、科研等尖端领域的“神兵利器”。

需求的激增是核心驱动力。汽车电子追求更精密的传感器，半导体需要更微小的电路，医疗器械要求更光滑无损伤的切割面……这些，都离不开超快激光的“精雕细琢”。同时，激光光源本身也在进化：更紧凑、更可靠、更简单，使其能集成到更多设备中，开辟新应用场景。

然而，该报告也指出了超快激光面临的挑战：高昂的采用与集成成本，对专业操作人员的需求，以及可能出现的市场碎片化，都是影响其进一步发展的难题。但这并未阻挡创新的脚步，三大核心趋势正引领着超快激光的未来。

巨大市场背后的技术裂变

脉冲控制革命——千兆赫兹脉冲串技术重构加工范式

当前，超快激光技术的多功能性正迎来更纵深的拓展，其应用边界在跨材料加工与创新工艺中持续突破。这项技术不仅能在陶瓷、聚合物、玻璃等典型脆性材料中实现微米级精细特征加工，还能对材料进行表面改性与功能化处理，甚至还涉略到3D打印工艺链，这为其在航空航天、医疗行业等要求严苛的行业开辟了新应用。

此前，加工速度慢一直是超快激光技术工业应用的主要瓶颈。最初，业界尝试通过增强激光器功率提升烧蚀速率，却引发了屏蔽效应、饱和效应及热积累损伤等问题。近年来，激光技术开发者探索出激光脉冲序列（突发脉冲bursts）来克服这些效应。其目标是通过在残余热量扩散前实施连续脉冲加工，既能降低单脉冲能量需求，又能提升加工效率，同时避免材料热损伤。

Lithium Lasers公司的FEMTOFLASH飞秒激光器采用了革命性的千兆赫兹脉冲串技术，突破传统兆赫兹激光器的局限。传统技术因脉冲重复率低易导致热积累，而该技术通过精密控制飞秒脉冲序列，使材料在飞秒脉冲作用下快速汽化，在热扩散前完成加工。这一技术实现三大优势：大幅降低热损伤、提升烧蚀效率，同时实现热负载的精准控制。

同时，它提供前所未有的脉冲控制灵活性（脉冲数、能量分布、重复频率可调），满足最苛刻的加工需求，尤其适用于半导体制造、印刷电路板加工，以及玻璃和金属材料的先进微加工等应用场景。

Lithium Lasers 的超快技术，使用户能够在玻璃材料上实现打孔。图片来源：Lithium Lasers

波长边疆拓荒——中红外激光解锁新材料

近年来，发射不同红外波长的超快激光器凭借其独特特性以及在先进材料加工应用领域的潜力，受到了广泛关注。这类激光器为实现高精度、可控性强的材料相互作用创造了必要条件。

在众多波长中，3 μm波长优势显著。它处于包括聚合物和玻璃在内的许多材料的最佳吸收范围内，同时又处于大多数半导体的透明范围内。这使得基于该波长的激光器在进行切割、钻孔和微加工时效率更高，能够在实现高效加工过程的同时，最大程度减少热损伤和热影响区域。

加拿大的Femtum专注于中红外（MIR）脉冲光纤激光器的开发，对3 μm脉冲光纤超快激光器应用的探索备受瞩目。其干式激光清洗技术成为半导体行业突破：能选择性清除制造过程中产生的有机残留物和微粒，不损伤精密的硅基结构，替代低效且易损伤的手动清洗，提升良率。

利用发射波长为2.8 μm的激光器实现光栅耦合器残留物去除。清洁前（左）清洁后（右）图片来源：Femtum

另一家德国波鸿鲁尔大学的衍生公司RayVen Laser，瞄准2 μm窗口（填补1-3 μm空白），开发了发射波长为2 μm的高功率超快激光系统。其高功率、高稳定性激光系统（RayVen-S/L系列）在硅光子学、人工智能加速器、芯片制造（如硅改性、无缺陷结构、激光键合）中潜力巨大，因该波长在硅中具有独特优势。

精度跃迁引擎——反射式光束整形突破衍射极限

超快激光光束整形是指对超快激光光束的空间或时间特性进行操控，以实现所需的强度分布或聚焦模式的过程。在材料加工应用中，这一过程对激光与材料相互作用的精度和控制影响显著。无论在何种情况下，光束整形都是满足行业对耐损伤性、效率和长期稳定性高要求的有效解决方案。在使用紫外和深紫外波长的激光工艺中，光束整形对于实现更小特征尺寸往往起着关键作用。

Midel Photonics公司为超快紫外到红外激光器研发了一种新型的光束整形技术——反射式光束整形技术，为半导体制造、高速光刻以及精密切割/焊接等工艺提供了潜在的解决方案。该技术通过无色散光束控制，避免了色差和非线性效应，确保了所有波长下超短脉冲的完整性。