广东省激光行业协会

近日，清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授课题组提出了一种全新的纳米颗粒激光3D打印技术，利用光生高能载流子调控纳米颗粒表面化学活性，实现纳米粒子间化学键合的三维装配。该技术有望提升VR显示分辨率，让人们看到一个高清的虚拟现实世界。

研究团队在世界范围内首次应用了全新的打印原理并展示了多种不同纳米粒子的复杂三维结构和异质结构，在纳米粒子器件化领域实现了新的突破。这项技术实现了超越光学衍射极限的高精度激光微纳制造，打印点阵列密度超过20000ppi，为超高分辨功能器件的制备提供了新思路。芝加哥大学Dmitri V. Talapin教授对该技术也给予了高度认可和评价。

研究团队提出了光激发诱导化学键合的新原理，实现了纳米粒子的激光三维装配技术，以各种纳米粒子作为原料来组装三维纳米器件。以核壳结构的半导体量子点为例，利用激光激发量子点产生电子-空穴对，通过能级匹配，驱动光生空穴的隧穿和表面迁移，促使量子点表面配体脱附并形成活性化学位点，进而诱导量子点的表面化学成键，实现量子点之间的高效组装。

光激发诱导化学键合的原理示意图

基于以上原理，研究团队进一步对激光束进行聚焦与程序化扫描，实现了纳米材料复杂三维结构的精密成型。与现有的微纳加工制备技术相比，这项技术具有打印材料纯度高、三维加工能力强，具备多组分打印功能、打印分辨率高等鲜明特征。

量子点3D纳米打印结构形貌及荧光图

值得一提的是，光激发诱导化学键合的微纳制造原理具有广泛的材料和结构适应性，通过能级设计可以实现多种半导体、金属材料的高精度微纳制造，开辟了纳米器件制备工艺新途径，在片上光电器件集成、高性能传感材料等领域具有重要的应用前景。

该成果于近日发表在《科学》（Science）期刊上，题为“光激发诱导化学键合实现半导体量子点3D纳米打印”（3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding）。

此外，这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、清华-佛山创新专项基金和精密测试技术及仪器国家重点实验室的资助。

来源：清华大学、澎湃新闻发布时间 : 2022-10-20

自动化激光清洗在光伏面板领域的创新应用

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将太阳能直接转变为电能的一种技术，具有显著的能源、环保和经济效益。随着国家“双碳”战略目标的布局，《智能光伏产业创新发展行动计划（2021-2025年）》和《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》等政策利好文件频频出台，光伏发电作为我国能源转型的中坚力量发展迅速，取得了举世瞩目的发展成绩，光伏行业正迎来爆发式增长机遇期。

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国内光伏年度新增装机规模以及新增规模预测（单位：GW））

为获得更高的太阳辐射量，光伏电站多建在纬度较低、地势较高的地区。虽然这些地区阳光的辐射量会高于其他地区，但尘土污染也更加严重。光伏面板作为光伏组件的封装面板，主要起保护发电主体（如电池片）的作用，表面大多为钢化玻璃材质，表面积尘会严重影响发电效率，降低光伏组件寿命，甚至引起火灾。因此光伏面板必须彻底清洗干净，如果留下死角，可能引起“热斑效应”。据大量研究显示，光伏面板上的积尘能降低7％—40％的发电效率，由此导致我国太阳能光伏发电项目的损失每年达数亿元。

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灰尘影响太阳光线的入射路径

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积尘对太阳能输出效率的影响

在不损伤光伏面板的前提下进行有效清洁，延长发电站组件使用寿命，提升发电量，对提高光伏电站经济效益至关重要。很多光伏电站都在探索研究高效且经济的清洗方式。

01

清洗方式过招，高下立判：

激光技术胜出

目前市面上常见的光伏面板清洗方式主要依靠人工清洗和工程车清洗，出于效率和安全考虑也在逐步探索机器人清洗方式，这些清洗方法虽然都能实现清洗的目的，但都不同程度存在容易损坏光伏面板、清理效果差、清洗成本高和清洗难度大等问题。激光清洗作为绿色环保低碳型清洗技术，利用激光与物质相互作用去除基体表面附着物，具有非接触、不损伤面板、效率高、清洗效果好、无排放、后期维护成本低等特点，渗透到各个工业清洗领域，不失为一种有益的尝试。

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02

自动化激光清洗：

清洁美容，更环保、更智能

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01 环境和地形适应性强，

自动化程度高

宝宇激光基于成熟的激光清洗产品及在不同应用场景、不用工艺设计的深入探索和实践经验，创新性地将激光清洗装置与自动化清洁系统结合，全国首创光伏面板自动化激光清洗机器人。无需改造光伏电站，可加装基于电动机和导轨的集成方法，将激光清洗机器人集成安装在光伏组件阵列上，集成热成像采集器、超声测距仪、面阵激光雷达与高清摄像头等功能，机器人直接行走在跨串轨道上或通过机械臂远距离扫描光伏面板实现清洗目的。还根据光伏阵列现场布置情况，可定制面板间前后跨越、高低错位跨越、长距离跨串等自动化方案，环境和地形适应能力强，还可搭载智能控制系统，在解决清洁困难的同时，大幅降低设备投入数量，节省人力等各项投入成本。

02 有效的激光清洁协议减少热输入，

对光伏面板无损伤

宝宇激光清洗机器人根据光伏面板钢化玻璃的损伤阈值制定有效的激光清洁协议，当控制器控制激光器清洗头发射激光清洗光伏面板时，热成像采集器实时监测清洗位置的温度，一旦清洗位置温度临近损伤阈值，控制器即启动，在保持每个脉冲能量的前提下减少脉冲重复频率，或启动非辐照时间间隔来限制清洗过程中的温度上升，有效避免玻璃面板的微裂和熔化，保证面板质量的稳定性，整个清洗过程机器人不直接接触光伏面板，从而进一步避免了传统清洁方式对面板的物理损伤，全方位提升光伏发电的整体效率和可靠性。

03 无水清洁，

化解取水困境且无污染

宝宇激光清洗机器人无需水、无需化学药剂，可消除对运水卡车以及可能含有腐蚀性化合物的清洁用水的依赖，整个清洗过程不产生任何废水废液，清洗成本更低，绿色节能环保。激光清洗过程中产生的污染物微粒和气体可以通过简单的便携式抽风机进行废料收集和净化处理，避免造成环境二次污染。

04 稳定性好

宝宇激光清洗机器人激光器使用寿命可达10000小时，质量稳定，可靠性好。

05 运行及维护成本低

宝宇激光清洗机器人在工作过程中无耗材，运行成本低，后期只需对保护镜片定期清洗或更换，保养成本更低，可极大地降低设备运维成本。

03

激光清洗赋能光伏电站运维

宝宇激光光伏面板自动化清洗机器人，具有高效、高性价比、高可靠性等显著优势，能帮助提升能量转换效率、提高光能利用率、延长光伏组件使用寿命，有效降低清洗、更换组件等运维成本，实现电站发电量和运维收益双增长。

宝宇激光持续深耕激光清洗工艺，为激光清洗技术在工业领域开辟更多新的应用场景，致力于以激光清洗带动中国工业清洗的深刻变革，推进能源低碳转型，帮助能源行业减排、节能、降耗，帮助用户降本增效，为落实我国能源安全新战略，实现碳达峰碳中和目标作出积极贡献。

来源：宝宇激光发布时间 : 2022-10-17

热刺激光推出首款万瓦级以上插箱式结构单模块光纤激光器

近期热刺激光向市场推出了多款单模块光纤激光器产品。新产品在高效能半导体封装泵源、高亮度单模组光纤激光器核心关键部件等方面，进一步自研优化，实现了散热效率、尺寸外观、稳定性、工作性能等多个维度的优化提高。上市后，经受住了市场检验，得到了客户群体的积极反馈。

热刺激光经过持续探索和技术优化，将主振荡功率放大器稳定输出功率推高到了6000W以上，达到国内领先水平并在此基础上，先后推出了插箱结构的单模块光纤激光器系列产品：FC6000、FC12000。而FC12000作为业内首款万瓦级以上插箱式结构单模块光纤激光器更为国内工业领域首创。

图1 6000W单模块光纤激光器外观图

新款产品的结构设计也更为紧凑，其中FC6000的体积约为0.057m³（含脚垫把手等）,而FC12000的更是将体积控制在了0.096m³（含脚垫把手等）以内——更高的集成度，更少的占地面积，更低的物流成本等，大大丰富了该类设备的工作场景。

图2 12000W单模块光纤激光器外观图

新款产品输出功率的提高，外观体积的减小，也进一步提高了对散热的要求。通过优化内部水路，针对性地向发热元件、模块等供水，散热效率和效果大幅提高；而光纤光路方面的制冷工艺升级，也在原有基础上大幅降低了同功率输出时的光纤及器件温度。以上优化保证激光器在冷水机即便存在较大水温波动的情况下，仍能保持功率的高度稳定及设备安全，提高了环境适应能力。

优化后的泵源结构有效地提高了散热效率、耦合效率和泵源光束质量，使得新品的长期工作可靠性、电光转化效率和光光效率更高，真正为客户实现了降本增效。

热刺激光“想客户所想，急客户所急”的服务理念，让热刺激光成为广大激光集成商和用户的最终选择。目前国内，热刺激光在华北、华东、华中、华南四个大区都分布服务网点和售后工程师，在及时处理和解决用户问题时发挥了重要作用。从产品到服务，热刺激光在业界已经赢得了良好的口碑和信誉，与多数激光集成商达成了长期合作。

热刺激光将持续以创新产品和优质服务，为广大国内外客户提供更加优质全面的激光加工解决方案服务。

来源：热刺激光发布时间 : 2022-10-14

激光加工与激光器研发红外解决方案

本文介绍巨哥科技在激光加工与激光器研发中的红外解决方案，包括光束质量分析、光纤激光器温度检测、激光焊接和打标等过程监控。

1

激光光束分析

巨哥科技MAGRay激光光束分析仪系列可对可见、近红外、短波红外、中波红外、长波红外和远红外的各种波长光束进行成像和分析，测量光斑尺寸、二维/三维能量分布、发散角、椭圆度、光束指向稳定性、束腰位置和大小，以及光束质量因子M2等。

MAGRay具有高动态范围，兼容连续和脉冲激光器，远场和近场光斑均可测量，可实时监控光束的连续变化，每秒最高可输出100幅图像数据。MAGRay提供高灵敏度和高量程两种规格，高灵敏度规格可测最小功率为0.04mW/cm2，高量程规格可测最大功率为400W/cm2。

MAGRay配置专业版应用程序和数据分析软件，可进行对比度调节、细节增强、多种调色板选择、光束变化录像和回放、线强度分析等，也可直接导出Excel数据，便于研究者自主分析和制作图表。

苏黎世联邦理工学院的Jerome Faist教授是1994年首台量子级联激光器（QCL）的发明者，其研究小组将MAGRay用于新一代激光器的前沿研究，下图是测得的表面垂直发射长波红外QCL激光器的光束能量分布。

2

光纤激光器温度检测

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光纤激光器温度监控

在光纤激光器中，光纤可能吸收激光能量使得温度升高，加速光纤老化，降低激光器的可靠性和使用寿命。在使用过程中用热像仪检测整段光纤和组件的温度分布，尤其是光纤熔接点和连接处温度，可及时发现异常。

增益光纤温度

泵浦管嘴&光纤输出端帽温度

合束器和增益光纤熔接点&包层光剥除点温度

发表于2020年第69期《物理学报》的“530 W全光纤结构连续掺铥光纤激光器”采用巨哥科技的热像仪观察掺Tm3+光纤的温度，在最高输出功率达到530 W时，其最高温度超过60C，但没有出现明显的放大自发辐射和非线性效应, 输出功率仅受限于抽运功率, 验证了国产掺Tm3+石英光纤在高功率系统中的可靠性。

3

激光焊接

用于熔覆和激光金属沉积加工的闭环激光功率控制系统需要对激光加热的熔池形貌和温度进行实时测量和反馈。采用巨哥科技MAG系列高温型在线式热像仪，使用图像处理算法对熔池宽度和中心点等位置进行识别，实时控制激光的位置和功率，可有效提高焊接质量。

巨哥科技的F6科学级热像仪可提供0~2500C的全量程温度监控，清晰展现加热焊接全过程的温度细节；支持最高100Hz的数据率，可记录快速温度变化过程；提供温度数据流录制，可选择慢速回放，重现完整细节。

在高能激光环境下，常规热像仪自身容易受激光加热效应影响产生测温误差，F6科学级热像仪可用于波长小于2μm的高能激光环境并保持测温准确度。需要注意的是，大于7μm的长波二氧化碳激光器会对热像仪造成不可逆的损伤，用户需提前申明以便提供激光安全的产品。

焊接熔池监控

常规热像仪的感应范围是7.5~14um的长波红外。由于激光焊接的光学系统包含石英玻璃等材料，长波红外无法穿透，因此热像仪需在侧面安装，无遮挡地观测焊接表面。为使整套监控和控制系统高度集成，并使激光和相机的坐标精确对准，提高加工精度，理想设计是采用激光光束和监控相机同轴的光学系统。巨哥科技的短波红外热像仪提供0.9~2.5um波段的测温，可以穿透石英玻璃，因此可与激光光学系统同轴集成。

激光光束和监控相机的同轴系统

可透玻璃测温的短波热像仪（0.9~2.5um）

4

激光高速打标

激光打标在很多行业具有广泛应用，打标时材料表面温度升高，热像仪可用于实时监控打标质量。在产线上为提高效率，通常在目标快速行进的过程中完成打标。常规热像仪因响应时间较长，观测运动目标时会发生图像的拖尾，影响识别效果。巨哥科技的高速热像仪可有效防止图像拖尾，在目标快速运动时仍能清晰分辨热分布细节。

左：常规热像仪拍摄运动物体的打标效果

右：高速热像仪拍摄运动物体的打标效果

5

防长波激光热像仪

热像仪常用于激光切割等高能量加工过程中的温度监控。在一些应用中使用的二氧化碳激光器，其波长正好处于常规热像仪的感应区间，过高的能量（即使是从物体表面散射）将瞬间造成热像仪内的非制冷红外焦平面探测器不可逆转的损伤。巨哥科技的防长波激光热像仪可针对特定波长进行屏蔽，安全用于存在二氧化碳激光器等高能量长波红外的加工场合。此外，巨哥科技的短波热像仪不受长波红外损伤，可直接用于长波红外激光的高温加热过程监控。

防长波红外激光热像仪

* 所有激光行业的应用，事先均需提供激光器的准确波长和应用场景，以便正确选择产品类型，避免相机损坏。

来源：巨哥科技发布时间 : 2022-10-13

奥创光子300W红外飞秒激光器小批量出货科研院所

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300w红外飞秒激光器

是一款超高功率飞秒激光器

可同时实现超高重复频率

和高脉冲能量（高达3mJ）

小批量出货科研院所

1974 年，E.P.Ippen 等人发明了腔外光栅对压缩技术，通过染料激光器第一次获得了飞秒激光脉冲，而后在科研人员锲而不舍的钻研探索，它的发展进程也在不断加快。历经40年发展历程，飞秒激光的脉宽越来越短，脉冲的峰值功率越来越大，成为科研实验室和工业应用中的重要选择。

今年8月随着奥创光子的300W红外飞秒激光器产品，得到终端相关行业客户的验证测试，部分指标再次经过新一段时间地日夜研发攻关，已进一步优化。最近，得到了科研院所的关注，实现全球首家小批量出货。

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出货啦~

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超快激光包括皮秒和飞秒，皮秒激光器是纳秒激光器的迭代升级，并且皮秒激光器使用的是锁模技术，而纳秒激光器使用的是调Q技术。飞秒使用的是完全不同的技术路线，种子源发射的光经由脉冲展宽器展宽后，经过CPA功率放大器放大，最后经过脉冲压缩器压缩出光，技术难度高。

而随着超快激光器的进步，飞秒激光器目前可用于材料加工、外科手术、电信、光谱学、国防应用和基础科学。其中红外飞秒激光器更是在这些应用领域具有前所未有的优势，如半导体器件和太阳能电池制造领域的材料加工、国防领域的应用，甚至是科学研究领域的X射线源或激光驱动的粒子加速等。

300w红外飞秒激光器特点

这次奥创光子通过众多科研人员的不断努力和尝试，推出国内首款300W红外飞秒激光器。这款激光器基于CPA技术，采用了全光纤结构锁模的飞秒种子源+LD端泵固体放大技术+板条放大技术，放大结构稳定可靠，克服了放大过程中产生的非线性效应。

并且解决了高平均功率放大下的晶体热效应问题，实现了高平均功率、高单脉冲能量的输出，最大单脉冲能量可达3mJ，脉冲宽度600fs，重频50KHz-1MHz可调。所能达到的高功率使其兼具高品质高效率，将会使加工工艺达到一个新高度，帮助攻克众多加工瓶颈，如航天航空领域。

奥创光子随着上半年A+轮融资完成，目前已布局半导体、新型显示、太阳能光伏、消费电子、航空航天、锂电新能源等众多领域，未来还将持续加大激光行业技术研发力度，同时不断开拓超快激光行业应用，加速实现超快激光国产化替代进程，提高人类的生活品质。

来源：奥创光子发布时间 : 2022-10-10

精密激光加工的下一轮热潮在哪里？

不久前，苹果公司正式宣布新一代iPhone 14发售，延续一年一款更新的习惯，不少用户纷纷感叹“原来iPhone已经出到14”，并在短时间内中国市场赢得过百万台的网络预订，可见iPhone仍受年轻人欢迎。

智能手机掀起第一轮精密激光加工需求

遥想十多年前，智能手机刚刚推出时，工业激光加工技术仍然处于较低水平，光纤激光与超快激光均是新鲜事物，在国内更是空白状态，精密激光加工无从谈起。自2011年起，低端的精密激光打标逐渐在国内开始应用，当时主要谈论的是小功率的固体脉冲绿光与紫外激光器，正在此时，超快激光器技术在国外开始成熟商用，超快精密激光加工开始被人们谈论。

精密激光加工的批量应用，很大程度上得益于智能手机的推动。摄像头玻片、指纹模组、HOME键、摄像头盲孔、手机面板的异形切割等，都是得益于超快激光精密切割技术突破来实现。特别是国内主要的几家激光精密加工设备商包括大族、盛雄激光、德龙激光等的精密加工业务都是来源于消费电子加工。可以说，上一轮的精密激光加工热潮是由消费电子带动的，特别是智能手机和显示面板。

激光面板切割

2021年至今年，智能手机、穿戴手环、显示面板等消费产品均呈现下滑趋势，导致消费电子加工设备需求减弱，精密激光加工设备增长面临较大压力。那么新款iPhone14能带动新一轮加工热潮吗？按照目前人们换手机意愿降低的趋势，几乎可以肯定智能手机如果没有革命性的技术突破，是无法带来市场需求新增量，几年前成为热点的5G和折叠屏手机只能是带来部分存量置换。

那么，下一轮精密激光加工的需求爆发点可能在哪里？

中国半导体与芯片产业崛起

中国是名副其实的世界工厂，2020年我国制造业增加值占世界的份额达28.5%，正是因为庞大的制造业，为激光加工制造带来巨大的市场潜力。然而我国制造业前期技术积累薄弱，大多数属于中低端产业，过去十多年进行产业升级，在机械、交通、能源、海工、航空航天、制造装备等都取得长足的进步，包括激光器和激光装备快速发展，大大缩小了与外国先进水平的差距。

唯独在芯片产业上，我国仍然受到外国较大的限制，特别是美国近年企图对我国芯片实施围堵断供。全球芯片产业形成了美国设计开发、日本提供原料、韩国和中国台湾加工组装的产业链。中国大陆作为全球最大的半导体与芯片消费市场，在芯片产业自主化上比较滞后，中国市场的芯片销售额达到1925亿美元，占全球销售额的34%，外国的围堵倒逼我国加大投入芯片技术，因此过去4年里国家已经大力扶持芯片产业发展，并将其列入中长期战略计划。

国际半导体产业协会的统计数据显示，中国大陆的晶圆厂建厂速度位居全球第一，预计至2024年底，将建成31座大型晶圆厂，主要锁定成熟制程；设厂速度大幅超越台湾同期间预定投入运作的19座，以及美国预期的12座。

不久前，我国宣布上海集成电路产业突破了14nm芯片的制程，并且实现了一定规模的量产。对于一些在家电、汽车以及通信所使用到的28nm以上的芯片，我国都有着非常成熟的制作工艺，能够完好地满足我国对于大部分芯片的总体需求。随着美国出台芯片法案，中美两国在芯片技术的竞争更为激烈，而且有可能出现供应过剩情况。2021年中国进口芯片已经开始出现大幅下降。

激光加工芯片

激光在半导体芯片的加工

晶圆是半导体产品与芯片的基础材料，晶圆生长后需要经过机械抛光，后期尤为重要的是晶圆切割加工，也叫晶圆划片。早期短脉冲DPSS激光器切割晶圆技术已经在欧洲、美国发展成熟。随着超快激光器的快速发展和功率提升，超快激光切割晶圆未来将会逐渐成为主流，特别在晶圆切割、微钻孔、封测等工序上，设备需求潜力较大。

目前国内已经有精密激光设备厂家能够提供晶圆开槽设备，可应用于28nm制程以下12寸晶圆的表面开槽，以及激光晶圆隐切设备应用于MEMS传感器芯片，存储芯片等高端芯片制造领域。在2020年深圳某大型激光企业已经研发出激光解键合设备，实现玻璃片和硅片分离，可用于高端半导体芯片应用。

芯片晶圆激光切割

2022年中，武汉某激光企业推出行业首款全自动激光改质切割设备，成功应用于芯片领域的激光表面处理。该设备采用高精度飞秒激光，使用极低脉冲能量，针对半导体材料表面进行微米范围内的激光改质处理，从而极大改善半导体光电器件的性能。适用于高成本、窄沟道(≥20um)化合物半导体SiC、GaAs、LiTaO3 等晶圆芯片的内部改质切割，如硅芯片、MEMS传感器芯片、CMOS芯片等。

我国正在攻关光刻机设备关键技术，将会带动光刻机涉及用到的准分子激光器、极紫外激光器的需求，而此前我国在这方面几乎空白。

精密激光加工走向高端

芯片或成下一轮热潮

由于以往我国半导体芯片产业薄弱，激光加工芯片的研究和应用偏少，而是首先在下游消费电子产品终端组装得到了一些应用。未来我国的精密激光加工主要市场将会从一般电子零部件加工逐渐往上游材料和核心元件移动，尤其是半导体材料、生物医疗、高分子聚合物材料等制备。

半导体芯片产业的激光应用工艺将会越来越多被发明出来，对于高精密的芯片产品，非接触的光加工是最合适的方式。凭着庞大的需求量，芯片产业极有可能将会托起下一轮精密激光加工设备的需求热潮。

来源：广州特域机电有限公司发布时间 : 2022-10-09

干货│国内外巨头企业在激光焊接技术上的新一轮升级

近来，激光焊接成为了众多工业加工部门的新宠，无论是可上九天的嫦娥系列探月飞行器，还是可下万丈深海的蛟龙号潜水器，一件件大国重器的背后，都不难发现激光焊接技术的支撑作用。

近日，国内外几家主流的激光加工设计厂商，都对激光焊接技术提出了全新的优化设计方案，各家的优化思路都独具匠心，本文将基于部分优化方法已公开的激光焊接产品，对激光焊接的未来发展方向做一个简要分析。

亮线扫描技术：实现更高加工精度

作为钣金部件加工、数字车床设计以及高能激光器研发的巨头企业，德国通快 (Trump) 公司在2022年度欧洲金属加工展 (EuroBLECH) 召开的前夕，释放了有关具有特色系统的参展产品的部分信息：搭载了可编程亮线扫描技术(BrightLine Scan)的新一代焊接产品，不仅具有较好的焊接质量和鲁棒性，还搭配了环境友好型的生态冷却装置，有望一改传统冷却装置含氟气体过量排放的缺陷。

从技术本质上来说，亮线扫描技术与激光雷达技术有着相似之处，二者均需要通过向待测环境发射激光进行扫描，以快速生成一个清晰的空间信息数据集，最终通过数据处理模块的分析，对未知空间中的特殊结构和形貌进行有效区分。

作为一种先进的探测方式，亮线扫描有效地规避了激光器在焊接加工过程中容易出现的“视野盲区”，使得加工端面的形貌及相关的状态信息，被实时地反馈到加工控制程序中，而焊接程序在受到实时信息的引导后，也会做出相应的调整，形成精密完整的操作闭环。这种“振荡运动”是由使用特别开发的轻量级镜子来促进的。通过使扫描频率在千赫兹范围内，这种新技术使可用于热传导焊接的薄板厚度增加了一倍，从3 mm增加到6 mm。

图1 Trump推出新型焊接设备。(a)焊头近照；(b)新型设备受到双重引导

在这里，需要对激光焊接的引导方式进行补充说明：随着人工智能技术的飞速崛起，大型加工设备自动化、智能化的技术趋势愈发明显，有越来越多的激光焊接产品开始过渡到程序引导的技术方向上——当技术工作人员编写好机器的执行代码后，机器便开始按照已编指令进行相应的动作。虽然技术人员得到了实在的便捷，但这种方式存在严重的缺陷：当对单个点位进行焊接时，技术人员必须预先将激光焊头对准目标点位，否则很容易出现焊接位置偏移的状况。

对激光焊头引导方式的改变，Trump的产品经理Geiger曾说过：“以前，我们必须将激光焊头放置在焊缝的正上方，以确保高质量的焊接。但如果你偏离正确位置哪怕仅一毫米，那么加工的材料便难逃报废结局。”但随后，他又提到：“有了亮线扫描技术，焊接激光可以通过扫描仪进行引导，这样能够实时纠正已出现的微小误差，实现更高的加工精度。”

图2 新型冷却装置正在接受性能测试

“Collar”新式激光焊接，效率惊人

除了鲁棒性，工作效率也是激光焊接设备所关注的重点。以更短的时间完成更多高质量的焊接处理，将提高激光焊接设备在大规模焊接工程中的优势地位。

近日，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所 (Fraunhofer ILT) 公布了一项名为“Collar”的新式激光焊接方案，该方案整合了金属-保护气体 (MSG) 焊接和激光金属沉积 (LMD) 等成熟焊接技术的设计思路，并选择玻璃作为加工基板，环形光束作为辅助光源来进行焊接系统的搭建。作为Fraunhofer ILT在德国焊接学会专家会议上拿出的看家展品，这款激光焊接设备有着惊人的焊接速度和3D金属打印的沉积效率。

图3 Fraunhofer ILT所研发新式激光焊接设备近照

值得一提的是，这项新式的激光焊接方案整合了世界一流的电弧增材制造技术 (WAAM)和线材激光金属沉积技术 (WLMD)，作为顶尖的线材填充工艺，二者各具特色，应用环境较为不同。与WAAM相比，WLMD有着相对更高的加工成本和更慢的材料沉积速率，但这项技术能够在更加复杂的表面形貌下，实现更高精度的焊接处理。二者的有效整合，使激光沉积金属材料的速率被提高了1.5倍，同时也使得这台设备拥有了更加宽泛的应用场景，能够根据具体的加工对象灵活调整加工方式。

来自Fraunhofer ILT的研究助理Steiner表示：“由于WLMD降低了被加工材料表面的波纹度，因此我们大幅降低了传统仅使用WAAM时，所需庞大的后处理流程。”若单从光路结构上分析该设备精度提高的原因，那么环形光束的应用便成了这台设备设计过程中的核心：环形光束仿佛一座无形的“围城”，将电弧的作用区域严格限制在环内，这就使得电弧焊接有了堪比激光的焊接表现。在这台设备中，电弧焊接被用于处理较为粗糙的结构；当材料结构被电弧大致处理过后，便降低电弧功率，提高激光的功率密度，利用激光完成精细之处的雕琢。

图4 “Collar”的设计原理图

据悉，Fraunhofer ILT旗下的企业正在努力地开发这套焊接技术的应用场景，目前，他们已经与亚琛工业大学焊接与连接研究所 (ISF) 取得了合作。

优秀的国产自研产品，交出满意答卷

作为国内工业激光加工的领军企业，大族激光在近年坚持技术创新和优秀的人才引进战略，通过找准自身定位和产业需求，实现了多层次、宽领域下的飞速发展。而早在2019年，大族激光旗下的激光焊接产品就以极佳的焊接表现亮相慕尼黑上海光博会，在展的部分产品，例如SFM200-Z光纤激光焊接系统、WFD2500半导体激光焊接系统等，以优秀的激光输出质量、较高的能量转换效率和极其智能的焊接操作，令无数参展者为之赞叹。

图5 大族激光推出的部分激光焊接设备(图源：大族激光)

这几年大族激光陆续推出了适用于不同领域的激光焊接产品，例如适合3C电子、医疗器件等行业的双工位纳秒激光焊接系统，该系统不仅具有极其强大的兼容属性，能够兼容不同尺寸的激光器和外光路系统，还具备较强的工作效率，可以同时实现上下料与激光焊接操作；还有适用于汽车行业的塑料激光焊接系列产品，以及适用于医疗器械方面的医疗器械自动化激光焊接系统等。

图6 国内激光企业近年来推出的焊接及切割加工产品矩阵

除大族激光外，国内激光焊接领域里较为优秀的设备供应商，还包括天弘激光、国玉科技、海目星激光、楚天激光、杰普特激光、迅镭激光以及盛雄激光等公司在内的一批高新技术企业。“中国制造2025”战略第一个十年周期的东风，为国内高端设备制造相关的工业项目带来了难得的发展机遇，而国内激光器设备供应单位纷纷做大做强，为祖国交出了一份份高分的时代答卷。我们始终坚信，自研智造是中国工业必须经历的发展历程，只有加大对技术开发的资金和人才投入，把握好市场的需求动态，才能在更大的市场里占据优势地位。

来源：激光评论发布时间 : 2022-10-08

小特讲堂 | 一文读懂激光扩束镜的匹配与安装

激光扩束镜是改变激光光束直径和发散角的透镜组件。

从激光器发出的激光束具有一定的发散角。对于激光加工，通过安装扩束镜使激光光束变为准直光束，能在聚焦之后，获得高功率密度的光斑。

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/ ZAMIA F8i CO2射频激光器 + 激光扩束镜 /

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激光扩束镜和光学望远镜（折射望远镜）的原理是在本质上是相同的。激光扩束镜是将物镜和成像透镜的位置相互交换后的折射望远镜。

因此，与折射望远镜相同，激光扩束镜可以分为两类：开普勒式和伽利略式。

开普勒式扩束系统由两个正焦距的透镜构成，两透镜焦点重合，分别布置在焦距之和的两个位置，靠近物体一侧的透镜叫物镜，另一侧的透镜叫成像镜，在两透镜之间存在一个实像面（光线汇聚处）。

伽利略式扩束系统是由一个正透镜和一个负透镜组成，也是分布在两透镜焦距之和的位置，由于负透镜的焦距为负值，因此两透镜之间的距离相比开普勒式较短。

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由于开普勒式扩束系统在两片透镜之间会形成一个能量聚焦区域，加热周围的空气，可能导致波前误差，高功率的激光器甚至会导致空气电离，

因此，伽利略式扩束系统在大部分的应用场景中更加适用。

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/ 伽利略式扩束系统示意图 /

开普勒式扩束系统通常被应用在一些需要改变光束质量的空间滤波的场景中，因为该扩束系统在透镜之间存在一个放置滤光片的焦点。

/ 开普勒式扩束系统示意图 /

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在激光加工的过程中，激光加工设备聚焦光斑的计算公式为：

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公式中：D为聚焦光斑的大小，f为聚焦系统的有效焦距，θ为入射激光束的全角发散角

在激光器出口和聚焦系统之间，插入m倍的扩束镜后，激光光斑将扩大m倍，相应的发散角会变为θ/m。例如，在激光系统中加入3倍的扩束镜，聚焦光斑为D/3，为原来的1/3，明显缩小。

不过，按照上述公式，我们也可以使用焦距为f/m长的的聚焦系统得到同样大小的聚焦光斑。那么，选用扩束镜有何优势？接下来，小特将分别针对激光切割机和激光打标机加以分析。

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激光切割机选用扩束镜的优势：

激光切割机聚焦头相对激光器出口的移动变化范围很大。加入扩束镜后，激光光束的发散角变小，在加工范围内，入射到聚焦镜的光斑变化相对更小，可以得到更加均匀的加工效果。同时，激光聚焦头的工作距离长，利于保护聚焦镜。

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/ ZAMIA Q150i射频激光器 - 漫反射偏光片切割 /

对于激光切割机，在匹配扩束镜时须注意以下几点：

· 扩束镜的镀膜波长和激光器的波长匹配。
· 注意扩束镜允许的入射光斑和出射光斑。激光光斑需小于入射光斑，并满足扩束后的激光光斑不大于扩束镜的出射光斑。
· 扩束后的光斑大小要和后续光路的45度反射镜匹配，并且小于聚焦镜的直径。
· 扩束后的光斑，不大于聚焦镜焦距的30%，如果光斑太大，对于平凸和弯月透镜，由于球差的影响，光斑反而会变大。

/ CO2激光 - 汽车内饰切割 /

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激光打标机选用扩束镜的优势：

相比于激光切割机，激光打标机的聚焦头相对于激光器出口位置是比较固定的。激光打标机选用扩束镜后可以使得激光聚焦头的工作距离基本不变，打标范围也不会变小。

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/ CO2激光 - 激光打标 /

对于激光打标机系统，在匹配扩束镜时须注意以下几点：

· 扩束镜的镀膜波长和激光器的波长匹配。

· 注意扩束镜允许的入射光斑和出射光斑。激光光斑需小于入射光斑，并满足扩束后的激光光斑不大于扩束镜的出射光斑。

· 扩束后的光斑大小要和振镜的振镜片匹配，不大于振镜片允许的最大入射光斑。

· 扩束后的光斑大小要和F-θ场镜允许的入射光斑匹配，不可大于场镜允许的最大入射光斑。

· 如果是前聚焦打标机系统，扩束后的激光光斑不大于前聚焦系统允许的入射光斑。