激光:制造微型

工程师们可以用激光制造小尺寸的东西，但怎么做呢?山姆·布朗采访了剑桥大学的弗朗西斯科·奥罗斯科。

当你听到激光这个词的时候，你是怎么想的?太空歌剧里的科幻战争?也许詹姆斯·邦德即将被切成两半?嗯，虽然人们已经研究了这些用途，但实际上激光更常用来帮助我们制造东西，而不是破坏东西。本月，三星宣布了他们的可折叠手机，其内部的柔性电子设备需要强大而精确的激光来切割和钻孔。所以，我，山姆·布朗带着我的手机来到剑桥大学工业光子学中心，想找个人告诉我哪些比特已经用激光制造出来了。

弗朗西斯科-你好，我是弗朗西斯科·奥罗斯科博士。我在这里主要使用以激光为主要来源的工业过程。

山姆:你看起来很忙，发生什么事了?

弗朗西斯科-所以今天我们要为你们做一点标记，我们要把裸体科学家的标志写在一小块钢上。金宝搏app最新下载所以我们要研究的是一种激光系统，它使用非常快速移动的反射镜将激光的面积缩小到一个非常小的点——大约是人类头发宽度的一半。然后从那里，我们要放在下面的材料，今天是不锈钢，它会吸收激光能量，然后它会加热，我们就可以去除一些材料，然后你就会看到裸露科学家的标志在那块钢上。

山姆:太棒了。它在一个看起来很结实的安全屏后面，为什么会在这里?

弗朗西斯科-我们有一个完全封闭的系统，唯一能看到激光的方法就是透过那个小窗户。所以这个窗口降低了激光的强度，这样你就能看到它，否则我们的眼睛或皮肤可能会被激光损伤。

现在我觉得足够安全了，我们发射了激光。

弗朗西斯科-好吧，我们开始吧。

当打标记开始时，我们可以看到钢在加热时发出明亮的光。奥罗斯科博士告诉我，使用的最大激光功率是一千瓦。这是你可能在教室里使用的激光笔或用来和你的猫玩耍的激光笔的一百万倍。但是激光到底是如何工作的呢?

弗朗西斯科:好的，我们现在看到的过程是:激光聚焦在一个非常小的点上，它会加热材料，它会通过加热去除一些材料，然后剩下的你基本上会改变颜色。这就是我们今天要看到的。所以它会去除非常薄的一层，然后加热金属，这就是为什么我们有那个标记，这就是为什么它是永久性的。你不会用手指或划伤它，因为它非常耐用，很难从材料中去除。

山姆-我手机上哪里能看到这个?

弗朗西斯科-这类激光标记的应用之一，是用来标记按钮或卖给你手机的公司的标志。所有这些字母基本上都是用激光打标机做出来的，激光打标机已经去除了一些材料，以形成一点对比。

山姆:除了打电话，这个还能做什么?

弗朗西斯科:嗯，在工业上，这也将用于你汽车的仪表盘，所有的数字都在那里。还有你的键盘。激光打标机也用于服装行业，所以他们可以让衣服看起来更旧，或者用衣服做出复杂的图案，他们也用记号笔去除材料，给你人们喜欢的完成效果。

当马克笔开始运行时，弗朗西斯科把我带到隔壁的一个房间，那里有一张巨大的桌子，上面摆满了闪闪发光的镜子和看起来令人印象深刻的镜片。

弗朗西斯科-好的，山姆，欢迎来到我们的超快激光设备。我们基本上是在这个房间里用非常短的脉冲激光去除物质。给你们一个时间概念，大概是十亿分之一秒左右。所以非常短的脉冲和它对材料的作用，与你们今天看到的其他激光相比，它不会产生热量。所以用另一种激光我们通常会产生热量我们在高强度激光头周围有热区，在这个例子中是金属，我们正在看。在这个实验室里，这个激光脉冲非常短，热量不会散发到材料上。这是这个过程的主要优点之一。

由于热量无法扩散，因此留下的材料不会被损坏或熔化。唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)和格姆拉德·莫鲁(gsamrard Mourou)正是因为在这种激光产生方面的工作，才获得了2018年诺贝尔物理学奖。这些激光器能够切割宽度小于一微米的物体，也就是小于千分之一毫米的物体。但是，超高速加工与为我的手机制造零件有什么关系呢?

弗朗西斯科:激光被用来切割作为前屏的玻璃，它也被用来制作阵列的图案，作为触摸屏的传感器。有时候，如果你把角度调对，你可以看到手机上的小图案。基本上这是用激光完成的，因为激光基本上可以切割任何材料。这很难用其他过程来做

山姆:那么是什么让激光这么擅长做这些事情呢?

弗朗西斯科:你的公差非常小，这意味着切割零件的精度非常高。想想激光的光斑，同样，是你头发的十分之一，或者更小，这取决于你使用的是哪种激光。所以他们可以做非常非常精细的切割;而且没有振动。当你切割玻璃的时候，玻璃对这类东西非常敏感，你可以减少加工的影响，基本上从所有这些材料中去除材料。

山姆:那我们还用激光微加工做什么呢?
弗朗西斯科-这种激光有很多应用。所以我们可以添加材料或删除材料，这取决于你想要什么。在医疗行业，有一些小的支架是通过激光制作的。来制造你在房子里看到的太阳能电池板。如果你去看看这项技术的前沿，我们已经为塑料电子产品引入了这项技术。因此，我们将在未来几年拥有的下一代设备，这是将要实施的主要工艺和技术之一。

山姆:所以这种激光有很多用途，从医疗植入物到太阳能电池板，更不用说用于焊接等其他制造应用的激光了。就在我离开之前，弗朗西斯科还大胆地补充了一句。

弗朗西斯科-我敢肯定，无论你在哪里，你都能看到用激光做过的东西。