盡管幾十年來對激光及其應用進行了大量研究，但很少有辦法準確、高效、直接觀察其與(yu) 材料相互作用的細節。現在，研究人員首次找到了利用低成本設備從(cong) 生產(chan) 型激光器中獲取此類數據的方法，可以極大地提高激光切割或蝕刻的物品精度。鑒於(yu) 激光器無處不在，這可能在實驗室、商業(ye) 和工業(ye) 應用中產(chan) 生廣泛影響。

激光在現代世界中的應用異常廣泛。其中一個(ge) 特別重要的應用領域是製造業(ye) ，原因是激光器的操作精度遠遠高於(yu) 其他加工工具。然而，目前激光加工的精度水平在理論上還可以更高，從(cong) 而可能出現新一代技術。不過，在此之前研究人員還有一些障礙需要克服。

（左下）激光在材料上打孔；（左上方）測量激光的通量；（右下）疊加了通量和孔深的測量值；（右上）然後確定這些測量值之間的關(guan) 係，以便可以僅(jin) 基於(yu) 注量來計算孔深度

提高激光加工精度的關(guan) 鍵是，需要更好地掌握激光與(yu) 材料加工互相影響的反饋。這樣一來，工業(ye) 激光器在做切割和蝕刻時，就能有更大的控製力和更少的不確定性。到目前為(wei) 止這個(ge) 問題始終未能解決(jue) ，這足以證明其難度。

“要測量激光器切割到表麵多遠，往往需要進行幾十或幾百次深度讀數。這對於(yu) 基於(yu) 激光的快速、自動化生產(chan) 係統來說是一個(ge) 實質性障礙，”東(dong) 京大學物理係教授Junji Yumoto談到，“因此我們(men) 的研究團隊設計了一種新方法來確定和預測激光脈衝(chong) 產(chan) 生孔的深度，基於(yu) 一次觀測而不是幾十次或幾百次。這一發現是提高激光加工可控性的重要一步。”

Junji Yumoto和他的團隊想知道如何利用盡可能少的信息量來確定激光鑽孔的深度。這促使他們(men) 研究激光脈衝(chong) 的能量密度，即脈衝(chong) 在給定區域內(nei) 提供的通量。直到最近，如果要觀測激光脈衝(chong) 的能量密度，仍需要昂貴的成像設備支持，並且設備也無法提供足夠清晰的分辨率。但由於(yu) 電子和光學其他領域的發展，一個(ge) 相對簡單的設備“Raspberry Pi Camera Version 2” 被證明可以勝任這項工作。

當他們(men) 的測試激光設備在藍寶石上打出一個(ge) 孔時，相機直接記錄了激光脈衝(chong) 的通量分布。然後用激光顯微鏡測量孔的形狀。通過將這兩(liang) 個(ge) 結果疊加起來，並使用一些現代數值方法，該團隊產(chan) 生了一個(ge) 龐大而可靠的數據集，可以準確獲取能量密度和孔深之間的關(guan) 係，相當於(yu) 從(cong) 一次測量中提取約25萬(wan) 個(ge) 數據點，這種新方法可以有效地為(wei) 機器學習(xi) 和新的數值模擬方法提供大數據，提高工業(ye) 激光加工的精度和可控性。