“得益于弗勞恩霍夫卓越集群先進(jìn)光子源（CAPS）的開(kāi)發(fā)成果，超短脈沖激光器的平均功率正達(dá)到兩位數(shù)千瓦范圍。”亞琛弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）代理所長(zhǎng)Jochen Stollenwerk博士表示。

連續(xù)波激光器的功率已達(dá)數(shù)百千瓦量級(jí)。這樣的功率水平使激光對(duì)以前無(wú)法觸及的目標(biāo)市場(chǎng)具有吸引力。在隧道和深孔鉆探或采礦中，高功率激光器可以幫助破碎巖石，并極大加速現(xiàn)有工藝。在造船和工廠(chǎng)建設(shè)中，高平均功率使得對(duì)厚材料和高強(qiáng)度鋼進(jìn)行更高效、更精確的鉆孔、切割和連接工藝成為可能。

通快激光技術(shù)首席執(zhí)行官兼執(zhí)行董事會(huì)成員Hagen Zimer博士談到了激光技術(shù)的新時(shí)代。功率達(dá)50kW及以上的工業(yè)激光器已成為現(xiàn)實(shí)，首批超過(guò)100kW的應(yīng)用也已初見(jiàn)端倪。為此開(kāi)發(fā)的超高功率激光器不僅將加速工藝過(guò)程，更將從根本上改變它們。

這位專(zhuān)家認(rèn)為激光技術(shù)用戶(hù)正處在一個(gè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折點(diǎn)：以前因觸及可行性極限而失敗的許多事情，現(xiàn)在正在成為現(xiàn)實(shí)。這也適用于成本結(jié)構(gòu)，因?yàn)榧す庀到y(tǒng)價(jià)格正在下降。

AKL'26聚焦市場(chǎng)潛力

兩位專(zhuān)家都將在亞琛舉行的AKL'26——國(guó)際激光技術(shù)大會(huì)上深入探討這一趨勢(shì)。在Gerd Herziger環(huán)節(jié)，他們還將與Coherent高意、IPG Photonics和Amplitude Laser的高管一起討論高功率和高能量激光器的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)潛力。

高能量激光器，特別是二極管泵浦固態(tài)激光器，是未來(lái)聚變發(fā)電廠(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)樗鼈兙哂懈呙}沖能量、高能效和優(yōu)異的光束質(zhì)量。它們作為能夠產(chǎn)生極紫外、X射線(xiàn)或中子輻射的緊湊型次級(jí)源驅(qū)動(dòng)器的需求也在增長(zhǎng)。

鑒于高功率、高脈沖能量激光器的大量新應(yīng)用，弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)研究與轉(zhuǎn)讓執(zhí)行委員會(huì)成員Constantin Häfner教授看到了光子學(xué)巨大的、尚未開(kāi)發(fā)的潛在市場(chǎng)。他估計(jì)其長(zhǎng)期收入潛力可達(dá)數(shù)千億歐元。

“激光研究遠(yuǎn)未結(jié)束。相反——在激光發(fā)明60年后，事情才真正開(kāi)始！”他在兩年前召開(kāi)的AKL'24大會(huì)上解釋道。這位著名的聚變專(zhuān)家將利用4月22日至24日舉行的AKL'26，評(píng)估迄今為止的進(jìn)展，闡明聚變研究的現(xiàn)狀以及工業(yè)供應(yīng)鏈和工藝鏈的發(fā)展。

高激光功率需要工藝和應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)

聚變發(fā)電廠(chǎng)和次級(jí)源需要高脈沖能量、高平均功率以及高效率和高峰值對(duì)比度。相比之下，工業(yè)制造工藝需要可靠的中等脈沖能量、具有高平均功率和優(yōu)異光束質(zhì)量的脈沖和連續(xù)波激光器。當(dāng)這些技術(shù)與創(chuàng)新的（在某些情況下是人工智能支持的）工藝策略以及穩(wěn)健的光纖、光學(xué)器件和鍍膜相結(jié)合時(shí)，正在為更高效的激光加工鋪平道路。

特別是，并行化有望顯著提高生產(chǎn)率。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，高功率源的光束被分成數(shù)十個(gè)可以彼此獨(dú)立引導(dǎo)的單獨(dú)光束。實(shí)施這種多光束方法需要快速、精確的光束引導(dǎo)系統(tǒng)。這正是ILT研究所開(kāi)發(fā)的新型平面振鏡掃描儀發(fā)揮作用的地方，該研究所的最新衍生公司將在AKL'26上展示這款產(chǎn)品。該小型化系統(tǒng)特別適用于多掃描儀系統(tǒng)，其運(yùn)行速度顯著快于、精度顯著高于以往可用的解決方案。

“光學(xué)印章的特殊之處在于速度、精度和靈活性的結(jié)合。”研究所3D結(jié)構(gòu)燒蝕團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Sönke Vogel解釋道。原則上，這種超短脈沖工藝——其中空間光調(diào)制器將光束整形為光學(xué)印章——適用于任何需要周期性微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，無(wú)論是在金屬、硬質(zhì)陶瓷材料還是玻璃中。

除了多光束方法和光學(xué)印章，位于亞琛的研究所還在探索將高平均激光功率轉(zhuǎn)化為更高生產(chǎn)率材料加工的其他方法：其中包括精確控制的脈沖持續(xù)時(shí)間以?xún)?yōu)化能量輸入和光束強(qiáng)度，或周期性生成激光脈沖串，以實(shí)現(xiàn)高效的材料燒蝕，同時(shí)最大限度地減少對(duì)工件的熱應(yīng)力。脈沖串之間的微小停頓也有助于有效排出煙塵和燒蝕材料，使其不會(huì)在下一個(gè)脈沖串期間進(jìn)入激光器和工件之間。

利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)支持工業(yè)界

盡管多千瓦激光器的新時(shí)代才剛剛開(kāi)始，但研究所的研究人員已經(jīng)在深入研究工藝策略，以幫助工業(yè)用戶(hù)在未來(lái)充分利用超高功率激光器的潛力。“激光材料加工將在比以往高得多的生產(chǎn)率水平上進(jìn)行，”研究所所長(zhǎng)Stollenwerk強(qiáng)調(diào)，“并且可以預(yù)見(jiàn)，人工智能和其他計(jì)算方法將在其中發(fā)揮核心作用。”

多年來(lái)，研究所一直在系統(tǒng)性地建立和擴(kuò)展其數(shù)字專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以使其四十年來(lái)積累的激光技術(shù)知識(shí)能夠用于未來(lái)的工業(yè)過(guò)程。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率的、基于激光的一次性成功生產(chǎn)。他確信：在激光技術(shù)正突破新維度的領(lǐng)域。例如單次發(fā)射鉆1000個(gè)孔、每分鐘對(duì)數(shù)平方米的金屬和玻璃表面進(jìn)行功能化處理，或精確切割和連接厘米厚的鋼材。它也將突破進(jìn)入新的市場(chǎng)。

來(lái)源：榮格-《國(guó)際工業(yè)激光商情》

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