2025年超快激光技术研讨会——规模化加工与生产力提升的工艺革新

今年4月，来自22个国家的120位专家齐聚亚琛，参加第八届超快激光技术研讨会。正如其名，这场研讨会聚焦皮秒与飞秒级激光脉冲的产生及应用——这类激光脉冲几乎能加工任何材料。近年来，激光脉冲生成与应用技术取得重大突破，使得今年技术讨论除新应用场景外，更多围绕工艺规模化展开。

弗劳恩霍夫激光技术研究所的Dennis Haasler博士为超快激光技术研讨会揭幕

更高功率与多波长的规模化路径

目前，工业级激光光源功率已突破1000瓦，例如系统供应商通快推出的脉冲能量达10毫焦（脉冲宽度<1ps）的激光器，可在弗劳恩霍夫激光技术研究所的先进光子源卓越集群应用实验室，或在通快的德国施兰贝格总部进行测试。

紫外与深紫外波长激光系统成为新趋势，研讨重点集中于更小聚焦光斑优势及透明材料加工。消费电子市场（尤其是显示屏制造）的需求推动着技术发展：虽然准分子激光仍占主导，但如Coherent高意公司所述，固体超快激光正逐步扩大市场份额。

Light Conversion公司在研讨会上展示了各类激光器性能与使用寿命的对比数据：30瓦紫外系统运行寿命超1万小时，而生成172纳米波长（第六次谐波）的测试系统仅能维持不到30分钟。

EKSPLA公司的新系统则令与会者惊叹——该设备可同步输出纳秒与飞秒脉冲，用户可自由设定脉冲持续时间和间隔。“就像在一台机器上完成粗加工与精加工。”一位参会者评价道。该系统还支持灵活编程MHz与GHz级脉冲串。这些数年前尚属基础研究的内容，如今已成为现代超快激光光源的标准配置。

调制器和扫描系统实现更高产能

随着专家们对这些工艺在材料中的作用原理有了更深入的理解，研讨会更多聚焦于系统技术。今年，光束整形成为重点关注议题。滨松光电为此推出新型LCoS（硅基液晶）调制器，得益于蓝宝石材质，可承受高达700瓦或3千瓦/平方厘米的功率输出。用户几乎可以将光束塑造成任何形状：环形和平顶光束轮廓仅是其中两例。该系统还能生成多光束轮廓或校正像差。

Silicon Light Machines展示了基于微机电系统的类似调制器。其刷新速率（100-500千赫）比LCoS调制器更快，可承受高达10千瓦/平方厘米的功率密度，但分辨率较低。对于不需要调制器灵活性的用户，可选择兼具高分辨率和高损伤阈值的衍射光学元件。HOLO/OR公司阐述了该元件与扫描系统配合使用时的优缺点。

扫描系统同样取得重大进展。MOEWE的多边形扫描器能以高达1000米/秒的速度偏转激光束。开发者必须解决一个核心问题：处理加工过程中产生的庞大数据量（例如高速雕刻时每平方米加工区域产生高达38GB的数据）。针对表面积超过100平方米的印刷辊，他们采用了分段加工方案。专家预计，通过使用更高功率的光源，此类应用的产能将显著提升。

SCANLAB和AEROTECH等公司通过选择性组合扫描器、声光调制器和多轴系统，充分发挥各系统优势以提高产能。通过组件级联，他们预计将提升工艺占空比，从而实现更高生产效率。

超快激光的工业应用新突破

在提升产能方面，Pulsar Photonics公司的Martin Reininghaus展示了多光束系统的创新解决方案。该公司不仅开发了多光束加工头，更首创了多扫描头协同工作系统。其中，多光束加工头特别适合周期性结构的高效加工，而多扫描头系统则允许每个扫描头独立运作。但这一技术面临关键挑战：如何实时精准分配海量加工数据与激光脉冲至各个扫描单元。

来自GFH的Florian Lendner通过实例验证了在线工艺监控的重要性。其团队通过持续监测工艺与环境参数，成功识别出长期性参数漂移现象，并开发出自动补偿程序。这一突破将工件尺寸精度提升至±1微米，显著提高了微加工工艺的精确度。

为期两天的展会，十二家企业展示了创新成果并大力推动与会者开展深度技术交流

肖特集团的Jens Ulrich Thomas博士分享了玻璃微焊接领域的经验。该企业已实现晶圆级玻璃焊接工艺，可获得剪切强度超过50MPa的焊接接头。在医疗技术领域，这种无胶接合工艺大幅缩短了产品认证周期。Lidrotec公司则创新性地采用液体层传导激光脉冲技术，瞄准半导体芯片切割市场。该技术能有效降低芯片分离过程中的材料损耗，目前正进行产业化应用准备。

激光技术实践：校园里的“技术集市”

在弗劳恩霍夫激光技术研究所、亚琛工业大学数字光子生产研究园区、激光技术教席以及光学系统技术教席的联合实验室巡展中，与会者通过九个实景工作站亲身体验了研讨会所展示的核心技术。其中，选择性激光诱导蚀刻工艺尤为引人注目——该技术通过聚焦激光束在玻璃基材上刻写构件轮廓，再通过蚀刻工艺实现精准成型。

研究所的Astrid Saßmannshausen研究员在实验室及后续研讨会中，现场演示了如何利用该工艺制造微纳光学元件（如透镜）。这项技术的优势在于设计自由度（即零成本复杂度）和高度可定制性。构件成型后，还可通过激光抛光优化表面质量。虽然超快激光也能直接刻蚀玻璃表面，但需在加工效率与表面质量间寻求平衡。

展区同时呈现了多项基于液晶调制器的光束整形应用。研究所的Martin Kratz和Martin Osbild研究员通过选择性激光诱导蚀刻工艺和表面结构化案例，展示了如何通过光束整形消除球面像差、生成多光束轮廓，或制作光学印章以实现大面积一体化结构加工。亚琛工业大学光学系统技术教席的Paul Buske更在专题报告中揭示，通过神经网络算法可极致优化这些光束形态的生成质量。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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