該技術(shù)能將一束激光分束為數(shù)十束，從而大幅提升生產(chǎn)效率。

德國(guó)研究人員近日揭示，激光技術(shù)正邁入一個(gè)新時(shí)代，多千瓦級(jí)高功率激光將顯著重塑制造業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施及能源系統(tǒng)。弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的專(zhuān)家將在即將召開(kāi)的AKL'26國(guó)際激光技術(shù)大會(huì)上，詳細(xì)闡述超短脈沖激光和連續(xù)波激光如何快速向多千瓦級(jí)功率邁進(jìn)。

本次大會(huì)將于4月22日至24日在亞琛舉行，匯聚來(lái)自多個(gè)領(lǐng)域的激光制造商與用戶(hù)。今年的大會(huì)將重點(diǎn)關(guān)注多千瓦級(jí)激光技術(shù)。弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所代理所長(zhǎng)約亨·施托倫韋克博士表示："得益于弗勞恩霍夫先進(jìn)光子源卓越集群的研發(fā)成果，超短脈沖激光的平均功率已達(dá)到兩位數(shù)千瓦級(jí)。" 同時(shí)，連續(xù)波激光的輸出功率已達(dá)數(shù)百千瓦。

多千瓦級(jí)激光的興起

如此高的功率水平解鎖了以往無(wú)法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。在隧道掘進(jìn)、采礦和深鉆等領(lǐng)域，高功率激光有助于破碎巖石，加速挖掘進(jìn)程。在造船和重型工程領(lǐng)域，它們能更快速、更精確地切割和連接厚實(shí)的高強(qiáng)度材料。施托倫韋克博士補(bǔ)充道："這些工藝將極大地提升激光材料加工的效率。"

與此同時(shí)，基于激光的技術(shù)也可用于鐵路網(wǎng)絡(luò)和管道的維護(hù)。全球領(lǐng)先高科技企業(yè)通快集團(tuán)激光技術(shù)首席執(zhí)行官哈根·齊默認(rèn)為，這一轉(zhuǎn)變不僅僅是漸進(jìn)式的進(jìn)步。他更將激光應(yīng)用的日益廣泛視為一個(gè)關(guān)鍵的戰(zhàn)略時(shí)刻。齊默解釋道："許多過(guò)去被認(rèn)為不可行的事情，如今正成為現(xiàn)實(shí)。" 隨著激光器變得更加普及，成本下降也推動(dòng)了這一轉(zhuǎn)變。

超過(guò)50千瓦的工業(yè)激光器已投入使用，而功率超過(guò)100千瓦的激光器也即將面世。齊默認(rèn)為，這正推動(dòng)行業(yè)走向一個(gè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折點(diǎn)。他表示，這一轉(zhuǎn)變可能會(huì)開(kāi)辟價(jià)值數(shù)千億歐元的新光子學(xué)市場(chǎng)。施托倫韋克補(bǔ)充道："當(dāng)激光技術(shù)邁入新的維度——一次鉆孔數(shù)千個(gè)、每分鐘處理數(shù)平方米的表面、或精確切割和連接厘米厚的鋼材——它也將開(kāi)辟全新的市場(chǎng)。"

突破壁壘

高能激光系統(tǒng)，如二極管泵浦固體激光器，已成為未來(lái)聚變發(fā)電廠的關(guān)鍵工具。其精確傳遞高脈沖能量的能力，使其成為驅(qū)動(dòng)聚變反應(yīng)以及產(chǎn)生極紫外光、X射線等次級(jí)輻射源的理想選擇。

然而，單純提高激光功率是不夠的。更好的過(guò)程控制同樣重要。研究人員正將高功率激光與人工智能輔助策略、光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和精密光束整形技術(shù)相結(jié)合。這些系統(tǒng)能將激光輪廓定制成復(fù)雜的三維圖案，并實(shí)現(xiàn)諸如"光刻印"等技術(shù)，即一次性處理整個(gè)表面，而非逐行掃描。

施托倫韋克指出："未來(lái)激光材料加工的生產(chǎn)力將達(dá)到一個(gè)更高的水平。很明顯，人工智能和其他計(jì)算方法將發(fā)揮核心作用。" 弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所3D結(jié)構(gòu)部門(mén)負(fù)責(zé)人宗克·福格爾博士表示，這種方法可將加工速度提升高達(dá)五倍。他說(shuō)："光刻印的獨(dú)特之處在于速度、精度和靈活性的結(jié)合。"

為支持這一技術(shù)，該研究所開(kāi)發(fā)了新型硬件，包括一種用于超快、高精度光束導(dǎo)向的平面振鏡掃描儀。該掃描儀針對(duì)多光束配置進(jìn)行了優(yōu)化，在速度和精度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)掃描儀。其他創(chuàng)新包括脈沖串模式激光操作，通過(guò)脈沖序列提高材料去除效率，同時(shí)最大限度地減少熱損傷，以及精確控制脈沖持續(xù)時(shí)間以微調(diào)能量輸送。

專(zhuān)家們認(rèn)為，激光技術(shù)如今才剛進(jìn)入其最具變革性的階段。弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的研究員康斯坦丁·赫夫納博士在新聞稿中總結(jié)道："激光的潛力還遠(yuǎn)未被充分發(fā)掘。恰恰相反——在發(fā)明60年后，它如今才真正開(kāi)始嶄露頭角。"

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