文/上海飛博激光科技有限公司

在過(guò)去十年中，1μm波段的高功率固體和光纖激光器在鈑金行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為金屬板材切割、焊接的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工具。然而，不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的響應(yīng)差異很大，例如，廣泛應(yīng)用于工業(yè)的基于碳?xì)浠�合物的材料，因�(yàn)樵?/span>1μm波段吸收率很低，所以很難用常規(guī)激光器獲得滿意的加工效果。

2μm激光有望大幅度拓展激光的應(yīng)用領(lǐng)域：水和碳?xì)浞肿硬牧铣霈F(xiàn)在我們生活的每一個(gè)角落，而這兩種物質(zhì)在2μm波段有很強(qiáng)的吸收峰，所以2μm激光在醫(yī)療和非金屬材料加工方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景；另外，由于覆蓋1.88μm、1.91μm和2.412μm三個(gè)重要的分子吸收帶，2μm波段激光在遙感和光通信方面也有著重要的應(yīng)用前景；同時(shí)，2μm波段激光還是中紅外波段光學(xué)參量振蕩器的理想抽運(yùn)源。^[1]

2μm波段激光最初是基于固體激光器獲得的，不僅體積大，而且價(jià)格昂貴，因此限制了這種激光器的應(yīng)用普及。近年來(lái)，隨著光纖制造技術(shù)的進(jìn)步，2μm光纖激光器逐漸成熟，例如，上海飛博激光科技有限公司目前已經(jīng)可以提供功率高達(dá)180W的2μm光纖激光器（見圖1），這將有望促進(jìn)一大批新的激光應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)。

圖1：上海飛博激光的2μm 180W光纖激光器。

在醫(yī)療手術(shù)中的應(yīng)用

前列腺增生是一種嚴(yán)重影響男性身體健康和生活質(zhì)量的疾病，藥物治療雖然可以延緩病情惡化，但仍然有相當(dāng)一部分患者需要通過(guò)手術(shù)來(lái)治療。傳統(tǒng)的經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)類似削土豆皮，每刀只能切下一小塊增生的組織，組織越大，切除的刀數(shù)越多，手術(shù)時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)要不斷電凝止血，切開的創(chuàng)面血管暴露，沖洗液很容易被人體大量吸收，造成水中毒，危及生命。

2μm激光經(jīng)尿道前列腺汽化切除術(shù)是目前治療前列腺增生的最理想的技術(shù)。2μm激光通過(guò)傳輸光纖，通過(guò)患者的尿道到達(dá)前列腺增生處，強(qiáng)大的激光能量瞬間被水吸收，產(chǎn)生強(qiáng)烈的汽化切割效應(yīng)，從而達(dá)到去除增生組織的目的。

2μm激光具有高度安全性：在水環(huán)境中，2μm激光手術(shù)系統(tǒng)的工作范圍僅在光纖前端2mm以內(nèi)，超過(guò)該距離的組織和器官將受到水的屏蔽而得到保護(hù)，操作安全性高。另外，2μm激光在組織中的穿透深度只有0.3mm（見圖2），去除組織后留下的凝固層為1mm，具有良好的術(shù)中止血功能。^[2]

2μm激光前列腺切除手術(shù)具有手術(shù)時(shí)間短、出血少、術(shù)后恢復(fù)快、病人痛苦小的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于高齡、高危患者。實(shí)際激光前列腺切除手術(shù)效果如圖3所示。此外，該技術(shù)也適用于膀胱腫瘤及尿道狹窄的治療。

圖3：2μm激光前列腺切除手術(shù)，手術(shù)前（左）、手術(shù)中（中），手術(shù)后（右）。^[3]

上海飛博激光科技有限公司MARS系列2μm激光器的功率范圍在30~180W之間，性能參數(shù)完全滿足激光手術(shù)的要求。目前，飛博激光正與合作伙伴共同開發(fā)2μm激光手術(shù)設(shè)備。

在熱塑性塑料焊接中的應(yīng)用

激光焊接技術(shù)在金屬材料加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其優(yōu)異的性能早已被多個(gè)應(yīng)用行業(yè)所接受，成果顯著。隨著綠色環(huán)保理念在全球工業(yè)生產(chǎn)中的貫徹以及在生產(chǎn)成本控制方面的考慮，塑料作為一種性能優(yōu)異的可再生非金屬材料，日益被廣泛的應(yīng)用在各行業(yè)的零部件設(shè)計(jì)和制造中。傳統(tǒng)的金屬部件越來(lái)越多的被擁有同樣性能的塑料部件替代，這就需要對(duì)塑料零部件之間的焊接技術(shù)及焊接質(zhì)量等提出很高的要求，這些變化為激光焊接技術(shù)在塑料材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了契機(jī)。^[4]

激光焊接塑料的原理又稱為激光透射焊接，其要求是一個(gè)零件能透過(guò)激光，而另一個(gè)零件能吸收激光。在焊接過(guò)程中，激光器產(chǎn)生的光束聚焦于待焊接區(qū)域，即激光束透過(guò)上面零件，在兩零件接觸面被另一個(gè)零件吸收，形成熱作用區(qū)（焊縫），如圖4所示。熱作用區(qū)處的塑料被融化，熱熔狀態(tài)下的塑料大分子在焊接壓力的作用下互相擴(kuò)散，產(chǎn)生范德華力，進(jìn)而將兩個(gè)零件緊密地連接在一起。

圖4：激光透射焊接塑料原理圖。

塑料材料一般可分為熱塑性材料和熱固性材料兩個(gè)大類，而熱塑性塑料通�？刹捎谜駝�(dòng)、超聲波等方式進(jìn)行焊接；因而，熱塑性塑料理論上都可使用激光來(lái)進(jìn)行焊接。

常見的熱塑性塑料有：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PC （聚碳酸酯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PE（聚乙烯）、PS（聚苯乙烯）、PEI（聚醚酰亞胺）、PA（聚酰胺）等。圖5是利用飛博激光的2μm光纖激光器獲得的常見熱塑性塑料焊接樣件。

圖5：常見熱塑性塑料焊接樣件。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用2μm波長(zhǎng)光纖激光器作為焊接源，不需要在焊接前對(duì)塑料進(jìn)行改性，焊接處塑料也未發(fā)生改性、老化、變色等問(wèn)題；并且在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)零件都是透明材料時(shí)，也同樣可以獲得良好的焊接效果。

在非金屬材料打標(biāo)中的應(yīng)用

二維碼（又稱QR Code）是一種以某種規(guī)律在平面分布的黑白相間的圖案字符，不同的分布代表不同的信息，這些信息可被計(jì)算機(jī)識(shí)別。二維碼具有儲(chǔ)存信息量大、可追蹤性強(qiáng)、保密性高等特點(diǎn)，因而在產(chǎn)品追溯、存貨盤點(diǎn)、安全保密、資料備援等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，二維碼已經(jīng)被作為一種新型防偽和信息追蹤手段，越來(lái)越多地出現(xiàn)在商家的廣告宣傳及商品包裝上。

噴墨和打印是目前制作二維碼的兩種主要方式，主要存在以下問(wèn)題：這兩種標(biāo)記方式都是采用油墨，很容易被涂改，無(wú)法保證標(biāo)記信息的唯一性；另外，噴墨和打印技術(shù)不易在覆有反光膜的紙張上留下墨跡；同時(shí)，由于噴墨會(huì)帶來(lái)的污染，使其在食品包裝、藥品包裝等領(lǐng)域的應(yīng)用存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

為了提高標(biāo)記信息的持久唯一性，一種行之有效的措施是采用激光打標(biāo)。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化，從而留下永久性標(biāo)記的一種方法。激光打標(biāo)不僅綠色環(huán)保，而且由于不可涂改還具有防偽功能。另外，相比于噴墨打標(biāo)，激光打標(biāo)不需要耗材，長(zhǎng)期使用成本更低。

市面上常見的半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)、光纖激光打標(biāo)機(jī)在金屬材料打標(biāo)中可以獲得令人滿意的效果，但是由于材料吸收特性的限制，無(wú)法對(duì)透明塑料或紙張等非金屬材料進(jìn)行標(biāo)記。二氧化碳激光打標(biāo)機(jī)可以對(duì)非金屬材料進(jìn)行標(biāo)記，但因?yàn)榧す獠ㄩL(zhǎng)，打標(biāo)精細(xì)度很低，而且二氧化碳激光器體積龐大，耗電量高，不利于系統(tǒng)集成。

2μm光纖激光器集合了上述兩種激光器的優(yōu)點(diǎn)：激光器小巧緊湊，功耗低，免維護(hù)，打標(biāo)速度快、精細(xì)度高，尤其適宜對(duì)非金屬材料進(jìn)行激光標(biāo)記。圖6為采用上海飛博激光科技有限公司2μm光纖激光器，分別在白紙表面和印刷有黑色顏料包裝紙表面打碼的實(shí)際效果圖。

圖6：激光打標(biāo)二維碼效果圖。

結(jié)束語(yǔ)

2μm激光在生物醫(yī)療、非金屬材料加工、遙感、光通信、科研等領(lǐng)域擁有諸多潛在的應(yīng)用價(jià)值。相信隨著激光技術(shù)的進(jìn)步和激光器制造成本的不斷降低，2μm光纖激光器必將在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉沛沛,白楊,任兆玉,白晉濤. 2μm光纖激光器的研究進(jìn)展[J]. 紅外與激光工程, 2009,38(1):45-49.

[2] Kamalov AA, Osmolovski BE, Transurethral photoselective laser vaporization in the treatment of prostatic ademoma [J]. Urologiia, 2008, (5): 28-31.

[3] http://www.lisalaserusa.com/

[4] 龐振華, 楊紹奎, 宋杰, 馬躍新. 激光塑料焊接技術(shù)及典型應(yīng)用,機(jī)電工程技術(shù), 2010,39(4):17-20.