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，下同

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。然而，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。

在此背景下，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。其中面临的技术难题主要有两点：当需要超过100微米直径的大束斑时，即使使用市面上能量最高的激光器，其作用到样品表面的平均能量密度仍无法达标；飞秒激光能量呈高斯分布，难以获得平底剥蚀坑，且景深短，极易虚焦。

装配车间产品和核心技术团队合影。

为解决上述技术难题，技术团队创造性地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，由广州拓岩股东集资成立了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。该设备搭载自主开发的控制软件，实现了从硬件到软件的全流程自主可控。

Geo Ablate 343现场装机实测。

广州拓岩总经理杨毓波表示，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：激光能量在极短时间内聚焦于样品微区，使物质瞬间电离并生成均匀气溶胶，彻底消除热效应导致的样品熔融、元素分馏与基体干扰，为高精度分析提供了极致优化的采样解决方案。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。凭借独创的动态变焦技术及超小双体积剥蚀池设计，有效改善了飞秒激光失焦快、背景清洗难的问题。

“目前，我国国内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。国产技术的崛起，不仅打破了技术垄断，更彰显了我国高端科学仪器研发的硬实力。