百千瓦級高功率激光：可切割鋼材、挖掘隧道、提升采礦效率

該技術能將一束激光分束為數十束，從而大幅提升生產效率。

德國研究人員近日揭示，激光技術正邁入一個新時代，多千瓦級高功率激光將顯著重塑制造業、基礎設施及能源系統。弗勞恩霍夫激光技術研究所的專家將在即將召開的AKL'26國際激光技術大會上，詳細闡述超短脈沖激光和連續波激光如何快速向多千瓦級功率邁進。

本次大會將于4月22日至24日在亞琛舉行，匯聚來自多個領域的激光制造商與用戶。今年的大會將重點關注多千瓦級激光技術。弗勞恩霍夫激光技術研究所代理所長約亨·施托倫韋克博士表示："得益于弗勞恩霍夫先進光子源卓越集群的研發成果，超短脈沖激光的平均功率已達到兩位數千瓦級。" 同時，連續波激光的輸出功率已達數百千瓦。

多千瓦級激光的興起

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

與此同時，基于激光的技術也可用于鐵路網絡和管道的維護。全球領先高科技企業通快集團激光技術首席執行官哈根·齊默認為，這一轉變不僅僅是漸進式的進步。他更將激光應用的日益廣泛視為一個關鍵的戰略時刻。齊默解釋道："許多過去被認為不可行的事情，如今正成為現實。" 隨著激光器變得更加普及，成本下降也推動了這一轉變。

超過50千瓦的工業激光器已投入使用，而功率超過100千瓦的激光器也即將面世。齊默認為，這正推動行業走向一個戰略轉折點。他表示，這一轉變可能會開辟價值數千億歐元的新光子學市場。施托倫韋克補充道："當激光技術邁入新的維度——一次鉆孔數千個、每分鐘處理數平方米的表面、或精確切割和連接厘米厚的鋼材——它也將開辟全新的市場。"

突破壁壘

高能激光系統，如二極管泵浦固體激光器，已成為未來聚變發電廠的關鍵工具。其精確傳遞高脈沖能量的能力，使其成為驅動聚變反應以及產生極紫外光、X射線等次級輻射源的理想選擇。

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、光學神經網絡和精密光束整形技術相結合。這些系統能將激光輪廓定制成復雜的三維圖案，并實現諸如"光刻印"等技術，即一次性處理整個表面，而非逐行掃描。

施托倫韋克指出："未來激光材料加工的生產力將達到一個更高的水平。很明顯，人工智能和其他計算方法將發揮核心作用。" 弗勞恩霍夫激光技術研究所3D結構部門負責人宗克·福格爾博士表示，這種方法可將加工速度提升高達五倍。他說："光刻印的獨特之處在于速度、精度和靈活性的結合。"

為支持這一技術，該研究所開發了新型硬件，包括一種用于超快、高精度光束導向的平面振鏡掃描儀。該掃描儀針對多光束配置進行了優化，在速度和精度方面均優于傳統掃描儀。其他創新包括脈沖串模式激光操作，通過脈沖序列提高材料去除效率，同時最大限度地減少熱損傷，以及精確控制脈沖持續時間以微調能量輸送。

專家們認為，激光技術如今才剛進入其最具變革性的階段。弗勞恩霍夫激光技術研究所的研究員康斯坦丁·赫夫納博士在新聞稿中總結道："激光的潛力還遠未被充分發掘。恰恰相反——在發明60年后，它如今才真正開始嶄露頭角。"

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