圖1 德國弗勞恩霍夫激光技術研究所所長Reinhart Poprawe，一直在為(wei) 他的數字光子生產(chan) 願景而努力工作。（來源：弗勞恩霍夫ILT）

你還記那些複雜的超快激光器裝置和很難對準的研究係統嗎？然而在過去的二十年中，超快激光技術取得了令人難以置信的進展。正如Amplitude Systèmes公司總裁兼CEO Eric Mottay在今年的UKP研討會(hui) 上所言，超快激光器的輸出功率已經增長了1000倍，最為(wei) 重要的是，它們(men) 已經演變成了更加易於(yu) 使用的工業(ye) 級一體(ti) 機。現在是時候可以把它們(men) 集成到各種機器中了。

在德國亞(ya) 琛舉(ju) 辦的UKP研討會(hui) 是一個(ge) 小型專(zhuan) 家會(hui) 議，專(zhuan) 注於(yu) 探討超快激光器的工業(ye) 應用。UKP是德語“Ultrakurzpuls”的縮寫(xie) ，即超短脈衝(chong) 。UKP研討會(hui) 每兩(liang) 年舉(ju) 辦一次，2019年的會(hui) 議吸引了來自14個(ge) 國家的170名參與(yu) 者。為(wei) 期兩(liang) 天的會(hui) 議，主要探討超快激光技術的最新發展及應用。

有人可能會(hui) 認為(wei) ，關(guan) 於(yu) 超快激光器的所有問題早已討論過，但是去年，弗勞恩霍夫學會(hui) 的研究人員宣布了他們(men) 的卓越集群“先進光子源”——它可能是一個(ge) 顛覆性的項目。正如該項目的一位發言人Dieter Hoffmann所證實的那樣，他們(men) 希望將超快激光器的功率提高到目前用於(yu) 切割和焊接的連續波（CW）激光器的水平。換句話說就是，超快激光器將走向宏觀加工領域！

在這件事上，他們(men) 是認真的。他們(men) 從(cong) 光纖激光器係統中產(chan) 生3.5 kW的功率輸出後，最近又從(cong) 板條激光係統中產(chan) 生了功率500 W、脈寬30 fs的輸出。研究人員希望在今年晚些時候在德國亞(ya) 琛和耶拿建立兩(liang) 個(ge) 應用實驗室，用他們(men) 的多千瓦級激光器測試新的工藝技術。

UKP研討會(hui) 隻是簡單地談到了哪些應用真正需要功率達數千瓦的超快激光。目前已經有了第一批應用，這些應用顯然可以很好地通過高功率超快激光器來實現。

激光機床公司Schepers的Stephan Brüning舉(ju) 了一個(ge) 例子。他使用一台500 W的超快激光器來處理印刷滾筒。幾年前，他使用四個(ge) 單獨的激光器來提高效率；但現在，他利用新係統將單一的高功率光束分成了16個(ge) 光束，每個(ge) 光束都由聲光調製器控製。對於(yu) 1:16的分束，他使用的是衍射光學元件。同樣，弗勞恩霍夫ILT的Oskar Hofmann也已經使用相同的技術，從(cong) 一個(ge) 光源中產(chan) 生了近200個(ge) 相同的光束。這裏的主要挑戰是在不引入空間畸變的情況下，使所有這些光束通過光學元件。

用於(yu) 數字生產(chan) 係統的超快激光器

弗勞恩霍夫激光技術研究所所長Reinhart Poprawe，始終為(wei) 他的數字光子生產(chan) 願景而努力工作。他經常說，激光是全數字化工作流程的完美工具。但是對於(yu) 超快激光來說，這種說法還現實嗎？

EWAG AG公司的Claus Dold舉(ju) 了一個(ge) 例子——用超快激光製造硬質合金鑽頭和金剛石鑽頭。他使用的機器是全自動化的，隻需要提供鑽頭的幾何數據。機器自己會(hui) 選擇合適的激光參數，並產(chan) 生出一套鑽頭。對於(yu) 直徑在0.5~3mm之間的鑽頭，激光加工的效率高於(yu) 其他工藝。作為(wei) 一個(ge) 全數字係統，它正準備登上全球市場這一更大的舞台。

即使這樣的係統證明了用超快激光器高效生產(chan) 的可行性，但仍然存在許多挑戰正在解決(jue) 。可喜的是，用於(yu) 高重複頻率或大量光束的掃描技術正在迅速提升；通過分離微觀和宏觀水平，模擬工具得到了改進；甚至用於(yu) 傳(chuan) 輸超快激光的光纖現在也可以使用了。

然而，製造一台使用超快激光器的機器，需要非常詳細的激光與(yu) 物質相互作用的知識。除了激光束保護之外，還有一個(ge) 新的安全問題隨之出現，即超快脈衝(chong) 撞擊金屬會(hui) 產(chan) 生有規律的離子輻射。

圖2 2019年的UKP研討會(hui) 是在德國亞(ya) 琛的一個(ge) 足球隊的休息室舉(ju) 辦的，但是本次活動已經超出了休息室的範圍，預計2021年4月21-22日舉(ju) 辦的下一次UKP研討會(hui) ，很可能會(hui) 移師到更大的場所。（來源：弗勞恩霍夫ILT）