激光剥蚀系统是地球科学、材料科学等学科原位微区元素-同位素测试分析的基础进样设备，直接决定了分析测试的空间分辨率和测试精度。近日，广州拓岩精密制造有限公司（以下简称“广州拓岩”）技术团队实现了激光光源、衰减器、振镜等核心部件的国产化，成功研制出新一代国产高频飞秒激光剥蚀系统——Geo Ablate 343。该设备搭载自主开发的“高频飞秒激光采集和控制系统”，实现了从硬件到软件的全流程自主可控。
新一代国产高频飞秒激光剥蚀系统主机外观图。广州拓岩供图
据广州拓岩技术总监初高彬介绍，近年来，随着石英、萤石等难剥蚀矿物测试需求的日益增加，以及高纯石英等战略矿产资源开发的不断深入，常用的193纳米或213纳米纳秒激光剥蚀系统因其热效应显著、剥蚀精度瓶颈、运行成本偏高等痛点，难以满足科研与产业的高端应用需求。飞秒激光剥蚀系统因其热效应低，成为解决上述问题的最佳方案。
传统飞秒激光剥蚀系统难以突破束斑较小、能量密度低且校准维护困难的技术瓶颈，且依赖进口设备及软件伴随着高昂的维护成本（数倍于国产设备）、操作复杂与算法受限等多重壁垒，导致我国在高纯石英研究等战略领域长期受制于人。广州拓岩于2024年成立技术团队，探索新型国产飞秒激光剥蚀系统的光学方案和可行性。
为解决技术难题，团队引进了法国波城大学研究团队的高频飞秒激光设计思路：采用高能量激光器与小束斑的设计组合，将有限能量集中于小束斑区域，提高单位面积在剥蚀过程中的能量密度；采用高频振镜和精密软件控制，使小束斑在大区域以极高频率巡回扫描，从而获得平底剥蚀坑；采用3D可变焦技术，根据所剥蚀物质自定义控制变焦深度和速度，有效改善虚焦导致的信号下降速度快的问题。
技术路线成熟后，由公司股东集资成立广州拓岩精密制造有限公司，专职执行国产配件筛选、硬件系统搭建、电子系统集成、软件系统控制编写，最终成功研制出Geo Ablate 343。
装配车间产品和核心技术团队
广州拓岩总经理杨毓波介绍，Geo Ablate 343的核心竞争力在于其对传统激光剥蚀系统技术原理的革命性创新。与市场上常用的激光剥蚀系统相比，该设备具备飞秒激光剥蚀的全部核心优势。区别于传统纳秒激光“加热-熔化-气化”的热剥蚀模式，该系统采用10^(-15)秒级超短脉冲飞秒激光，通过“库伦爆炸”实现真正意义上的冷剥蚀。其1-500微米连续可调的圆形、矩形甚至异形光斑剥蚀，配合平底坑剥蚀设计，搭配超高能量密度的激光光源和极简光路设计，彻底解决了传统飞秒激光剥蚀系统的弊端。
“目前，国内193纳米纳秒激光剥蚀系统保有量超过150台，飞秒激光保有量超过30台，且以每年约10台的速度不断增加。随着高纯石英、萤石等难剥蚀矿物测试需求逐步加大，更多纳秒激光剥蚀系统用户将转向采购飞秒激光剥蚀系统。”杨毓波指出，高频飞秒激光剥蚀系统的普及应用，不仅推动了分析检测技术的革新，更为多学科交叉融合提供了关键装备支撑。
南方+记者 李鹏程
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