实现完美工艺的可调激光束

　　超短脉冲（USP）激光器是激光材料加工领域的多功能工具，但当激光脉冲在空间和时间上得到最佳控制时，工作效率会更高。此前在德国亚琛举行的“第7届UKP超快激光技术研讨会”上，与会者可以体验到这一点。对于300W或更大功率的新型高功率光源而言，可调激光束变得非常重要。参观者还看到了超短脉冲激光，是如何显著提高电动汽车电池电极或氢气系统的生产效率的。

　　即将到来的二次光源

　　二次光源是将高强度激光辐射转移到其他光谱范围的辐射源，通常与激光波长相距甚远。这可以是特殊的X射线，但电子束甚至质子束也在讨论之中。迄今为止，激光器和设备制造商通快公司（TRUMPF）为ASML公司提供的EUV光源已成为这一领域的先驱。但是，由于二次光源需要功率极大的激光器，直到现在才有人真正相信它们的市场意义。

　　通快二次光源产品经理Torsten Mans博士的演讲改变了这一局面。UKP研讨会组织者Martin Reininghaus印象深刻地说：“他的演讲非常精彩。”通快一直在努力开发模块化系统，这些系统可以根据不同的用途进行组合，以服务于未来的市场。

　　为此，该公司正在汇集来自不同子行业的专业知识，利用二极管泵浦高重复超短脉冲激光器将强度提高到太瓦级。Mans认为，这种激光器的最初应用领域是半导体计量。如果有可能取代大型加速器作为光束源，那么复杂的测试程序就可以从研究转向生产，或者在卫生领域实现新的疗法。

　　光束在空间和时间上的调制可提高生产率

　　在加工过程中，当脉冲激光辐射在工件上划出一条曲线时会发生什么？它会减慢速度，从而减小脉冲间距，使轮廓变得更粗。激光制造商Amplitude解决了这一问题，并提供了单脉冲控制系统，例如可以调节轮廓中单个脉冲之间的间距。

　　无论是GHz脉冲串、单脉冲还是可控脉冲串频率，对脉冲序列的灵活控制正在成为超短脉冲激光器的标准。通过这种控制，可以设计出最大生产率的工作流程。空间调制也是类似的情况，亚琛会议上展示了这一领域的几项令人兴奋的创新。第一项是由法国Cailabs公司 Gwenn Pallier介绍的，该公司利用相位板（多平面光转换MPLC）的重复反射，可以以抑制高阶模式和改善景深等方式操纵激光脉冲。

　　亚琛工业大学的Carlo Holly教授也展示了类似的技术。他将人工智能应用于光学设计。为此，Holly使用两个串联的衍射光学元件来操纵激光辐射在三维空间的传播。这不仅能获得特殊的光束轮廓，还能显著增加景深。由于这种设置的参数较多，人工智能可以提供最佳配置。

　　无论是氢电极还是OLED显示屏，生产率是关键

　　研讨会共同组织者Arnold Gillner教授在会议开始时总结了工业超短脉冲激光器领域所取得的成就。在应用方面，表面功能化居于首位。超短脉冲激光器可以增加电极的表面积，从而大大提高电池和氢电极的效率。Gillner对这种应用需求的描述是，需要加工的面积大约在平方公里左右。

　　多年来，超短脉冲激光器在智能手机制造中发挥了重要作用。Stefan Janssen博士在韩国 LG-Electronics PRI公司的工作中提供了许多这方面的实例。其中一个令人兴奋的细节是用于处理聚合物OLED的成像光学器件。它们重达24千克，异常庞大，但却使更多的生产工艺成为可能。Janssen将能量调制fs-bursts的潜力和玻璃加工中自由形态轮廓的脉冲间隔控制，描述为下一步工作。此外，他还认为过程控制和预测性维护也是令人兴奋的话题，全天候生产就是如此。

　　更高的生产率也是Pulsar Photonics公司的Stephan Eifel博士在演讲中的重点。除标准设备外，该公司还专注于多光束光学技术，以提高高功率超短脉冲激光器的生产率。在这方面，Eifel 认为每个部件的烧蚀量有增加的趋势：“我们谈论的是10000mm³甚至更多的体积。更强大的激光源和光束调制器的出现是一个好消息。现在机器必须应对较长的加工时间。”他计划一个部件的加工时间为100小时或更长。这也是机器在加工大型部件时必须可靠运行的时间。

　　并行化是提高生产率的关键。将一个光束分成若干个光束，每个光束再通过若干个扫描仪和额外的多光束光学器件将部分光束应用到工件上。这就是Pulsar Photonics在机器中实现并行化的方式。在所示示例中，工件上有24个平行光束，进给速度超过1米/秒。更快的速度无疑是最理想的。生产监控每秒进行100次测量。目前最大的挑战是实时数据处理。

　　两个虚拟实验室参观

　　除了讲座和许多个人讨论的机会外，研讨会的一个重要部分是对弗劳恩霍夫国际语言培训中心实验室的数字化参观。在疫情期间，这只能通过线上实现。在第七届英国物理实验室研讨会上这种方式也被采用，因为虚拟参观省去了驱车前往研究所的麻烦，而且摄像机还能捕捉到普通参观者难以触及的视角。

　　首先参观的是电池实验室。自2020年以来，这里一直在进行基于激光的电池制造工艺研究。Reininghaus在介绍这一战略时说：这里最重要的是关注整个生产链。目前正在对生产链上的各个环节进行研究，重点是提高各个环节的生产率。

　　提高生产率也是第二次实验室参观的重点。正如Martin Osbild在现场介绍的那样，弗劳恩霍夫激光技术研究所展示了一种新型多光束超短脉冲激光系统，该系统使用64个可单独调制的部分光束。这套4×5米的系统将在今年6月前进行了大量测试，之后将作为应用实验室供弗劳恩霍夫激光技术研究所的客户和合作伙伴使用。

　　研讨会结束时，Gillner教授再次总结了发展趋势：“一方面，我们再次对量子技术应用中的离子阱或二次光源的潜力等未来主题有了令人兴奋的深入了解。另一方面，我们看到束超短脉冲技术已经通过现有的扩展方法应用到实践中。对于氢气和电池技术而言，它解决了大趋势问题。在更强大的激光源和工艺技术的支持下，应用的广度在不断扩大。”