多千瓦激光器时代已来临

“得益于弗劳恩霍夫卓越集群先进光子源（CAPS）的开发成果，超短脉冲激光器的平均功率正达到两位数千瓦范围。”亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）代理所长Jochen Stollenwerk博士表示。

连续波激光器的功率已达数百千瓦量级。这样的功率水平使激光对以前无法触及的目标市场具有吸引力。在隧道和深孔钻探或采矿中，高功率激光器可以帮助破碎岩石，并极大加速现有工艺。在造船和工厂建设中，高平均功率使得对厚材料和高强度钢进行更高效、更精确的钻孔、切割和连接工艺成为可能。

通快激光技术首席执行官兼执行董事会成员Hagen Zimer博士谈到了激光技术的新时代。功率达50kW及以上的工业激光器已成为现实，首批超过100kW的应用也已初见端倪。为此开发的超高功率激光器不仅将加速工艺过程，更将从根本上改变它们。

这位专家认为激光技术用户正处在一个战略转折点：以前因触及可行性极限而失败的许多事情，现在正在成为现实。这也适用于成本结构，因为激光系统价格正在下降。

AKL'26聚焦市场潜力

两位专家都将在亚琛举行的AKL'26——国际激光技术大会上深入探讨这一趋势。在Gerd Herziger环节，他们还将与Coherent高意、IPG Photonics和Amplitude Laser的高管一起讨论高功率和高能量激光器的经济与技术潜力。

高能量激光器，特别是二极管泵浦固态激光器，是未来聚变发电厂的关键技术，因为它们具有高脉冲能量、高能效和优异的光束质量。它们作为能够产生极紫外、X射线或中子辐射的紧凑型次级源驱动器的需求也在增长。

鉴于高功率、高脉冲能量激光器的大量新应用，弗劳恩霍夫协会研究与转让执行委员会成员Constantin Häfner教授看到了光子学巨大的、尚未开发的潜在市场。他估计其长期收入潜力可达数千亿欧元。

“激光研究远未结束。相反——在激光发明60年后，事情才真正开始！”他在两年前召开的AKL'24大会上解释道。这位著名的聚变专家将利用4月22日至24日举行的AKL'26，评估迄今为止的进展，阐明聚变研究的现状以及工业供应链和工艺链的发展。

高激光功率需要工艺和应用专业知识

聚变发电厂和次级源需要高脉冲能量、高平均功率以及高效率和高峰值对比度。相比之下，工业制造工艺需要可靠的中等脉冲能量、具有高平均功率和优异光束质量的脉冲和连续波激光器。当这些技术与创新的（在某些情况下是人工智能支持的）工艺策略以及稳健的光纤、光学器件和镀膜相结合时，正在为更高效的激光加工铺平道路。

特别是，并行化有望显著提高生产率。为了实现这一点，高功率源的光束被分成数十个可以彼此独立引导的单独光束。实施这种多光束方法需要快速、精确的光束引导系统。这正是ILT研究所开发的新型平面振镜扫描仪发挥作用的地方，该研究所的最新衍生公司将在AKL'26上展示这款产品。该小型化系统特别适用于多扫描仪系统，其运行速度显著快于、精度显著高于以往可用的解决方案。

“光学印章的特殊之处在于速度、精度和灵活性的结合。”研究所3D结构烧蚀团队负责人Sönke Vogel解释道。原则上，这种超短脉冲工艺——其中空间光调制器将光束整形为光学印章——适用于任何需要周期性微结构的应用，无论是在金属、硬质陶瓷材料还是玻璃中。

除了多光束方法和光学印章，位于亚琛的研究所还在探索将高平均激光功率转化为更高生产率材料加工的其他方法：其中包括精确控制的脉冲持续时间以优化能量输入和光束强度，或周期性生成激光脉冲串，以实现高效的材料烧蚀，同时最大限度地减少对工件的热应力。脉冲串之间的微小停顿也有助于有效排出烟尘和烧蚀材料，使其不会在下一个脉冲串期间进入激光器和工件之间。

利用专业知识支持工业界

尽管多千瓦激光器的新时代才刚刚开始，但研究所的研究人员已经在深入研究工艺策略，以帮助工业用户在未来充分利用超高功率激光器的潜力。“激光材料加工将在比以往高得多的生产率水平上进行，”研究所所长Stollenwerk强调，“并且可以预见，人工智能和其他计算方法将在其中发挥核心作用。”

多年来，研究所一直在系统性地建立和扩展其数字专业知识，以使其四十年来积累的激光技术知识能够用于未来的工业过程。目标是实现高生产率的、基于激光的一次性成功生产。他确信：在激光技术正突破新维度的领域。例如单次发射钻1000个孔、每分钟对数平方米的金属和玻璃表面进行功能化处理，或精确切割和连接厘米厚的钢材。它也将突破进入新的市场。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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