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“除了直接作为武器，激光还有一些其他用途”

      鱼群是群居动物，聚集在一起行动。科学家用激光来跟踪和刺激某些鱼，以观察其中一些鱼的行为变化，以及他们如何导致整个群体行为的改变。科学家测量这些变化，并根据这种行为创建人工智能模型，训练无人机群更像一群活体动物一样移动。这使得它们能够仅利用较大群体的移动来导航新的或未知的区域，而不需要对该区域有充分的了解。

     这项研究仍处于早期阶段，那么今天的成群无人机如何自主导航呢？这个答案就是激光，3D测绘激光器。3D激光测绘最近已用于扫描整艘船舶。DARPA正在使用相同的技术来扫描大型建筑物和整个城市环境，以训练无人机群在机器学习的帮助下进行导航。，该程序被称为OFFSET。

     它首先绘制一个区域以创建该区域的数字版本。这些 3D LiDAR 扫描仪每秒拍摄多达 100 万张照片，创建非常精确的虚拟景观。然后，人类集群指挥官使用 VR 耳机查看环境并控制模拟无人机来制定任务计划。然后，无人机开始工作，结合使用人工智能驱动的群体战术和人类指挥。

     无人机的操作受到电池电量的限制。当然，无人机可以找到返回充电站的方式，在那里充电，然后返回地面再次飞行。但借助激光，无人机可以在飞行过程中很快充电，而无需返回充电站。

      功率发射技术将激光照射到光伏接收器上，该接收器被调谐到激光波长。与太阳光相比，使用激光时这些接收器的效率可提高1.5至2.5倍。美国海军研究实验室的工程师自2017年以来一直在测试这项技术。

     该项目最初是通过光缆向海底无人船输送能量，但很快就演变为露天电力传输。该系统能够在室内向1000英尺外的接收器提供超过400瓦的电力。虽然这看起来可能不多，但它证明了系统是安全的、可扩展的。最后，他们能够使用一个又小又轻、足以放置在无人机上的接收器进行外部测试。。

     这种无需移动质量即可传递能量的方法是革命性的。例如，它将减少建立前沿作战基地时所需的基础设施，因为传统的布线和能源传输机制将变得过时。电力传输是便携式的、无声的和隐形的，并且允许将电力传输到传统上无法到达的区域。这些元素使其成为军事应用的理想选择。

     空军研究实验室的一个名为“空间太阳能增量演示和研究项目”或“SSPIDER”的新项目可以在轨道上实现这一目标。该项目旨在利用卫星收集来自太阳的能量，并将该能量直接发射到地球上的接收器。这可以进一步消除对电力基础设施的需求。

飞秒激光平均功率的提升大多集中在对MOPA系统中多级放大器或多通放大器的增益提取。考虑到兼顾脉冲能量的提升，多级光纤放大器一般作为前端预放大级，当非线性积累到一定程度就需要采用大截面积的激光增益介质。传统的固体放大器在数十瓦甚至二百瓦左右平均功率水平依然保持其兼顾激光功率和能量提升的优势，但其中的多级固体放大光路的每一级增益随着平均功率的升高而趋于饱和，尤其是对百瓦高功率信号的放大增益较小，导致高功率块状晶体放大器泵浦利用率低，制约了激光系统整体平均功率的进一步升高。

此外，块状激光晶体在高泵浦强度下热效应严重，单纯依靠加大晶体外围热沉的热导率等方法依然不能有效消除热积累。增益介质自身结构的改良可有效改变其散热效果，如极大表面积的增益光纤就是以细长状几何形貌增大散热面积,这使其具有很好的散热功能,对产生的热量管理更为有效。同样的散热思路，薄板状结构增益介质的板条激光放大器，激光的放大在增益介质长度方向，而散热在增益介质厚度方向，由此可实现高功率、高能量连续或脉冲激光输出，且保持可控的光束质量。

奥创光子的高能高功率系列飞秒激光器已将CPA架构下的光纤+固体MOPA放大模式定型于标准产品中，其光纤预放大器综合了对种子脉冲的展宽和小信号放大，其后的固体功放系统借助于复杂的多级多通放大器模组，实现输出平均功率最高190W。随后的CPA压缩器以及光束时空管理器件引入可接受的损耗后，依然输出平均功率150W的飞秒激光。平均功率200W以上的飞秒激光，就需要更高的MOPA增益，为了规避复杂的热效应制约，我们优化MOPA结构为块状固体放大器与板条放大器结合的方式，即在固体放大器基础上，采用紧凑的两级板条放大器提升功率5~7倍。实现这样的高功率且具有可观增益的固体放大器，须综合考虑泵浦光整形形貌、信号光在增益介质中的交叠因子、激光晶体有效散热等，具体措施涉及耦合透镜组的设计、光束匀化器件的设计、信号光束多通光路的设计、激光晶体热沉封装、光束整形镜组的开发等等大量工程化细节工作。

图1. 双级双端泵浦的板条Yb:YAG激光放大器光路示意图

图1为奥创光子的400W飞秒激光器中板条主放大器的光路示意图，采用平面布局的整体光路架构，包括两级放大器，均采用15×10×1mm的Yb:YAG晶体作为增益介质。针对400W平均功率的飞秒激光器产品开发目标，作为主放大器的板条放大系统需要总功率不低于2200W的泵浦光，因此该放大器的开发重点工作集中于两台泵浦源输出泵浦光的整形、聚焦以及为保护泵浦源而设计的反向隔离措施。

为了简化板条激光放大器的装调难度，同时确保足够的增益倍率，采用以平面反射镜为腔镜的两级板条双端泵浦结构，第一级为7通光路结构，第二级为5通光路结构，初始信号光经透镜和柱透镜整形为椭圆状光强分布，在水平方向以较小的发散角进入板条放大器，两级板条放大器共用两个高功率微通道叠阵泵浦源，每个泵浦源的输出光经空间分光镜分束为两个相互垂直的传输光路，各自进入光束整形匀化光学系统，而后经过耦合镜头整形再分别进入两级Yb:YAG板条晶体。

随着泵浦电流的提升，两级板条放大器同时获得增益，输出放大光；然而第二级板条放大器的提取效率会受前级放大器输出的光功率和空间分布的影响，考虑到系统输出光束质量的要求，所以第二级板条放大器更侧重于维持良好的光束质量，即需要合理的设计一二级之间的光束整形系统，才能更有效的提取第二级增益介质中的储能。

图2. 双级共泵浦源Yb:YAG板条放大器的放大动力学曲线

图2为该板条放大器的输出放大功率与电流关系曲线，随着泵浦功率密度的升高，板条放大器的增益也逐渐提升；整体光光转化效率18.4%，相信在更优的泵浦条件下，放大效率还有上升空间。

图3. 板条放大器在最大输出功率下的光束质量测量

图3是放大输出的光束空间特性曲线，可见光斑圆度82%，光束质量M2~1.4。由于放大的啁啾脉冲激光功率高、能量高，脉冲压缩器须承受较大光强，为了适当降低投射到器件表面的光功率密度，进入压缩器的光束直径控制在2.7~3.0mm。衍射光栅对构成脉冲压缩器，由于Yb:YAG晶体在高功率放大过程的光谱增益窄化效应，全部光谱成分处于衍射光栅的有效通光面内；受到热致退偏效应的影响，脉冲压缩器整体效率84%，输出845fs脉宽的1mJ脉冲，平均功率达404W。

图4. 板条放大器输出放大脉冲经过色散补偿后的飞秒脉冲自相关曲线

图4是压缩后的飞秒脉冲自相关曲线。板条固体放大路线是强激光系统在一定程度克服热效应制约的有效路径之一，其高紧凑的放大模块结构，以及对增益介质储能的高效利用，使之成为升级传统块状激光晶体多级行波放大器的最具工程化潜力放大单元。但是基于Yb:YAG晶体的固体高增益放大器受激光增益介质发射谱宽的制约，输出放大激光光谱窄化明显，不利于飞秒脉冲的压缩，板条激光放大器亦无法避免此问题；后续奥创光子也将尝试光谱预整形等方法来补偿宽谱激光放大过程的光谱增益窄化现象。

奥创光子自2018年创立以来，公司已申请140余项专利，已掌握了高能高功率飞秒脉冲放大技术、啁啾体布拉格光栅色散补偿技术、波长转换等关键核心技术，结合自主设计制造的超快种子源、温度调谐式啁啾光   纤光栅等核心器件已成功推出系列化飞秒激光器产品，并在国内率先实现工业领域批量出货，打破了该领域被国外产品长期垄断的局面。目前奥创光子不断迎合当前市场对于航天航空，新能源锂电，电子消费等高端精密行业的发展节奏壮大自身，不断为先进制造产业转型升级夯实基础，促进发展。

12月2日，光谷激光产业链式发展与创新大会、湖北省光电子信息激光人才发展论坛在武汉光谷召开。

武汉·中国光谷激光行业协会名誉会长朱晓称，新材料的不断涌现、新装备的不断升级以及人工智能的突飞猛进，正给激光加工技术与装备带来了新的挑战和机遇。

朱晓说：“希望通过此次产业链调研梳理，识别产业发展风险和短板，形成产业高质量发展重点工作举措，以用为导向、以企业为主体，交通运输、光伏、新能源电池等七大激光应用产业链链主发挥带动引领作用，通过发展，3至5年产值达到500亿。”

武汉·中国光谷激光行业协会名誉会长朱晓做相关主题汇报。长江日报记者陈洁   摄

12月1日，在全国机电行业最高奖项的“2023中国创新设计大会暨好设计颁奖大会”上，武汉锐科光纤激光技术股份有限公司（以下简称“锐科激光”）副董事长闫大鹏带领“圆形改性大模场双包层高功率工业光纤激光器”项目荣获2023年度“好设计”金奖。业内专业人士表示，因为原创性创新，该项目从几千个参赛项目的四次筛选中脱颖而出，“此次获奖也说明了光谷在激光产业中从无到有、从跟跑到领跑，完全形成了中国体系的光纤激光器”。

“从猴子到激光。”朱晓介绍，人类进化的重要标志就是使用工具，激光作为一种能量密度极高且精度可控的“工具”，在小到“芯片”，大到航母，深到万米油井，高到火箭、卫星、飞船的制造中，发挥着不可或缺的作用。

“一批世界第一和国内第一的激光加工设备在光谷诞生。”近两年，锐科激光、武汉华日精密激光股份有限公司（以下简称“华日激光”）等企业为代表先后取得了国内首台10万瓦连续光纤激光器、千瓦光纤飞秒激光器等重大创新成果。

“中国是激光制造的主战场，占比会越来越大。”朱晓介绍，全球激光装备2000亿元，中国就占了1000亿元。2022年，湖北激光设备市场销售收入约200亿元，产品品种占全国激光设备品种的70%以上，光谷占据大半市场份额。

武汉华工激光工程有限公司副总经理杨立昆介绍：“比如手机包括材料层、零件层、部件层、组合层，工业领域的任何一个产业，其实都有一个基本结构。”

华日激光董事长何立东称：“当前，中国的工业已经进入了自定义阶段。”坚持技术产业化，为适应精密微纳加工的需求，公司正在加大投入，重点发展千瓦超快激光产业化。

活动现场签约。长江日报记者陈洁   摄

据东湖高新区有关负责人介绍，该区作为中国激光产业的发源地，目前，已形成了完整的激光产业链，汇聚了激光企业300多家，年产值近300亿元，拥有华工科技、锐科激光、帝尔激光等多家龙头企业，是激光产业领域上市企业最密集的区域，是全国最大的激光设备制造基地，也是世界激光产业的重要一极。“但光谷的激光产业还存在企业规模偏小、多而不强，转型升级压力大，技术研发供需不匹配，人才和企业外流以及面临全国其他城市的激烈竞争。”

据悉，近期东湖高新区将结合“以用为导向”的科创和供应链建设，制定专项资助政策，加强对相关项目的支持和保障，助力激光等重点产业的技术开发和成果转化，努力打造具有全球影响力的激光产业集群。