《激光世界》2024年11/12月刊电子书阅览电子书-期刊制作-云展网在线书城

第1页

2024年11/12月第6期

ISSN: 1817-6 917

光学和光电子产业的主导刊物 www.laserfocusworld.com.cn

为激光直写工艺选择最佳定位设备

多层陶瓷电容器膜片激光微纳加工

蓝光-红外复合激光应对有色高反

金属焊接

CO2激光器用于汇流排和发卡线高

效剥漆

20

15

24

27

技术变革中的增材制造及

应用前景 30

微信公众号

第3页

爱特蒙特光学(深圳)有限公司

中国深圳市龙华工业东路

利金城科技工业园3栋5楼，518109

Tel: +86 (0755) 8435 5459 Email: chinasales@edmundoptics.cn

如需了解更多信息，请访问

www.edmundoptics.cn/114-8611

关注公众号

提供定制光学解决方案以及依图制造。

Edmund Optics® 年产定制光学元件约 2,500,000 件。

光学引领未来™

您的 OEM 解决方案合作伙伴

Edmund Optics® 为全球客户生产和供应数以百万计的精密光学元件和光学组件。我们的制造能力包括根据您项目

的具体要求制造光学产品所需的专业知识和资源。从设计支持、原型设计服务、光学咨询到定制产品的批量生产，

再到最先进的计量和质量保证，我们专业且技术娴熟的团队成员将确保您获得最佳的应用解决方案。

第4页

2 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

访谈

如何构建更好的激光微加工系统

关于如何构建更好的激光微加工系统，PI公司工业自

动化战略营销主管Cliff Jolliffe博士给出了回答。

10

关于《激光世界》

《激光世界》杂志创刊于 2005 年，是世界著名杂志 Laser FocusWorld 杂志的中文版本，也是在中国市场为激光与光电子行业的工程师、研究人员、科学家以及专业技术人员提

供的专业期刊。《激光世界》的内容涵盖全球激光与光电子技术、工业与科研应用、市场信息以及中国本地市场的相关报道。

《激光世界》采用简体中文印刷，双月刊，每期发行量超过 9,500 册，面向激光与光电子行业内合格的读者群。同时，我们的电子杂志和网站将覆盖更广泛的读者群。

请查询本刊专业网站：www.laserfocusworld.com.cn。

本刊中包含转载自 Laser Focus World 杂志的文章。Laser Focus World 由 Endeavor Business Media 独家拥有和出版。Endeavor Business Media 对编辑政策不承担任何责任，并且

对本刊的内容、或刊物中提到的独立供应商生产的产品的性能或可靠性，不承担任何责任，也不作任何保证。

目录 2024 年 11/ 12 月第六期

扫一扫免费下载电子书

市场观察

光子学行业在充满挑战的不确定环境中前行

全球光子学经济论坛探讨了当前光子学行业遇到的困

难和发展可能性；即使面临挑战，光子学的未来依然

光明。

9

15 运动控制

如何为激光直写工艺选择最佳定位设备

激光直写结合优化的精密定位设备，有望实现前所未

有的优势和创新应用，如集成到手机显示屏中的个人

生物传感和化学检测能力。

17 超快激光器

超快激光器的群延迟色散

了解群延迟色散（GDD）可以降低管理超快激光脉

冲持续时间的困难和不确定性，从而提高激光器的

性能。

技术中心

光谱诊断

红外光谱结合机器学习快速诊断人体健康状况

一种新颖的微创筛查方法，仅用一滴血就能检测出人

体的健康状况，这有望彻底改变预防性医疗保健。

12

14 光学设计

OptoGPT利用AI实现光学结构的自动化快速设计

基于光学的机器学习架构有望改变游戏规则，进一步

推动设计出更先进的光学器件。

工业应用专栏

20 陶瓷切割

多层陶瓷电容器膜片激光微纳加工工艺研究

绿光纳秒激光器和结合视觉定位系统，优化切割轨迹

以减少热积累，提升多层陶瓷电容器的切割精度和速

度。

22 激光焊接

SmartWeld+焊接头轻松应对难焊材料的精密焊接

SmartWeld+焊接头具备及时调整功率、焊缝形状等灵

活性，实现了铜、镀锌铜、镀镍铜等薄片材料的精密

焊接。

蓝光450nm

波长(nm)

红外1070nm

24 金属焊接

蓝光-红外复合激光为有色高反金属焊接提供

高质量解决方案

创新性空间直出式蓝光-红外复合激光，有效解决了

有色高反金属焊接难题，焊接过程无飞溅，焊缝表面

光滑平整，内部无气孔。

27 激光剥漆

利用CO2激光器实现汇流排和发卡线的高效剥漆

CO2激光器输出的远红外光能被大多数导线绝缘层强烈

吸收，而被铜高度反射，进而能实现导线迅速剥漆而

不损伤导线基材。

增材制造

30 访谈

处于技术变革中的增材制造及应用前景

两位增材制造专家分享了对目前增材制造的发展趋

势、技术障碍、应用挑战以及受益领域等方面的看

法。

32 光束整形

灵活的光束整形平台优化激光粉末床熔融工艺

新型光束整形方法能优化激光粉末床熔融工艺，提高

加工质量，减少材料损失，实现更快的加工速度。

医疗齿科3D打印航空航天3D打印精密模具3D打印

34 增材制造

基于精密3D打印的激光器性能优化研究及应用

通过优化光源控制模块，对激光功率实时监控并补

偿，实现了高稳定、高线性功率输出，确保精密3D

打印质量。

36 金属增材制造

激光金属增材制造技术及其在工业领域的应用

随着增材制造生产效率的提高和成本的进一步控制，

增材制造在工业领域的应用还有很大的拓展空间。

4 编者的话

5 前沿简讯

38 产品撷英

40 广告索引

第5页

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 3

CONTENTS Nov/Dec 2024 Issue 6

Laser Focus World China, ISSN 1817-6917 is published bi-monthly by ACT International, Unit B, 13/F, Por Yen Building, No. 478 Castle Peak Road, Cheung Sha Wan, Kowloon, Hong Kong, under the license of PennWell

Corporation, 1421 S. Sheridan Road, Tulsa, OK 74112. Copyright 2010. All rights reserved. This publication contains articles reprinted from Laser Focus World magazine. Laser Focus World is exclusively owned and

published by Endeavor Business Media. Endeavor Business Media is not responsible in any way for the editorial policy and expressly disclaims responsibility for, and makes no warranties, express or implied, with respect to

the content of this publication or the performance or reliability of products described herein that are produced by independent vendors.

About Laser Focus World China

Published since 2005, Laser Focus World China, the Chinese editionof the world famous Laser Focus World magazine, is the professional magazine for engineers, researchers, scientists, and technical professionalsin

China. It provides comprehensive global coverage of optoelectronictechnologies, industrial and R&D applications, and market information. The editorial content licensed exclusively from Laser Focus World magazine is

supplement by content generated by our own editors in China.

Laser Focus World China is published every other month in simplified Chinese and distributed to over 9,500 qualified optoelectronics professionals in China. Through our digital magazine and website we provide

coverage to an even larger audience base. Please visit our relevant website, www.laserfocusworld.com.cn.

INTERVIEWS

Building Better Laser Micromachining

Systems

Dr. Cliff Jolliffe, global strategic marketing

manager for industrial automation at Physik

Instrumente, provided an answer on how to

build better laser microfabrication systems.

10

MARKET WATCH

9 Advancing photonics amidst geopolitical

and economic uncertainty

The Global Photonics Economic Forum provided a

space for industry leaders to identify areas of difficulty

and possibility ahead.

TECHNOLOGIES CENTER

12 Spectral Diagnosis

Rapid diagnosis of human health status

using infrared spectroscopy combined with

machine learning

A novel approach that can detect the health status of the

human body with just a single drop of blood is expected

to potentially revolutionize preventative healthcare.

14 Optical Design

OptoGPT harnesses AI to automate, speed

design of optical structures

An optics-based machine-learning framework could be

a game-changer in the push to design more advanced

devices.

15 Motion Control

How to Select Optimal Positioning

Equipment for Laser Direct-Write Processes

laser direct write combines with optimized precision

positioning equipment to achieve new applications with

the potential to provide previously unrealizable benefits.

17 Ultrafast Lasers

A guide to group delay dispersion for

ultrafast lasers

Understanding group delay dispersion can reduce the

difficulties and uncertainties of maintaining an ultrafast

pulse duration to maximize your laser’s performance.

INDUSTRIAL APPLICATIONS COLUMN

20 Ceramic Cutting

Research on laser micro-nano processing

technology of multilayer ceramic capacitor

diaphragm

Green nanosecond laser combined with vision

positioning system and improve the cutting accuracy

and speed of multi-layer ceramic capacitors.

蓝光450nm

波长(nm)

红外1070nm

24 Metal Welding

Blue infrared hybrid laser provides highquality solutions for non-ferrous highreflective metal welding

Blue infrared hybrid laser effectively solves the problem of

welding non-ferrous high-reflective metals with no spatter

and no internal pores, and achieves smoothly weld surface.

22 Laser Welding

SmartWeld+ Fills the Gaps in Production

Welding

SmartWeld+ adjusts power and weld shape in real time,

achieving precision welding of thin sheet materials such

as copper, galvanized copper, and nickel-plated copper.

27 Laser Stripping

CO2 lasers achieving efficient busbars &

hair-pin stripping

The CO2 laser output is strongly absorbed by the insulation

layer of most wires and highly reflected by copper, thereby

enabling rapid stripping of the wire without damaging the

wire substrate.

32 Beam Shaping

Flexible beam-shaping platform optimizes

LPBF processes

A novel beam shaping method can optimize the laser

powder bed fusion process, and achieve faster highquality low loss processing.

医疗齿科3D打印航空航天3D打印精密模具3D打印

34 Additive Manufacturing

Research and applications of lasers performance

optimization used for precision 3D printing

By optimizing the light source control, real-time monitoring

and compensation of laser power achieved high stability and

high linear power output, ensuring precision 3D printing.

30 Interview

Additive manufacturing and its application

prospects in the midst of technological change

Two additive manufacturing experts shared their

views on the development trends, technological

barriers, application challenges and beneficial areas.

Addictive Manufacturing

36 Metal Additive Manufacturing

Laser metal additive manufacturing technology

and its application in the industrial field

With the improvement of production efficiency and

further cost control, additive manufacturing still has

great application room in the industrial field.

4 EDITOR’S NOTES

5 LEADING EDGE SNAPSHOTS

38 PRODUCTS HIGHLIGHTS

40 AD INDEX

第6页

Editor's Notes 编者寄语

4 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

金属增长制造正在从简单的模具、样件生产，走向服务于最终用户的

工业生产中的一种重要生产工艺。近年来，这项技术在航空航天、

医疗、汽车等领域得到了广泛的应用和快速发展。诸多机构报告都

预测，金属增材制造市场将继续增长，并在未来五年内实现两位数的增长。

在本期的增材制造专栏中，来自德国的两位增材制造专家讨论了当前增

材制造技术的发展趋势，分析了市场中存在的机遇、风险以及可能从增材制

造的发展中受益行业（p30）。增材制造在可持续发展方面提供巨大潜力，它

能够制造复杂的几何形状，使用的材料更少，尤其在工件或工具的维修和修

复方面发挥重要作用。材料和系统的成本相对较高，依然是限制金属增材制

造被广泛使用的一个关键因素。材料的多样性是增材制造技术面临的最大技

术障碍之一，开发适用于增材制造工艺的新材料，将有助于工艺改善和最终

产品质量的提升。

加工速度也是限制增材制造工艺在工业生产中部署的一个原因。最近，

德国弗劳恩霍夫激光技术研究所的一个研究小组，正在构建一种灵活的激光

粉末床熔融系统，其能通过空间光调制器生成定制的光束轮廓，进而提高增

材制造工艺的效率和生产率（p32）。在光束整形方面，nLight 最近推出了一款

具有动态光束整形功能的 2kW 激光器，专门用于提高增材制造的生产效率。

其可以针对精细特征打印和轮廓打印等不同应用特点，灵活调整光束形状，

从而优化生产效率，据悉其能将铝合金的增材制造速度提高 3 倍（p33）。此外，

在激光源方面，通过监控激光功率以及实时对激光功率进行补偿，将能更好

地保证激光功率长时间输出的稳定性，从而实现更高质量的工件打印（p34）。

另据普雷茨特高管透露，其提供的增材制造工艺的生产效率和成本控制，已

经能满足大批量生产的一些需求，这也带来了更为丰富的应用空间，如制造

电动车、手机中的零部件，并且已经有相应的商业订单（p36）。

针对铜等高反金属材料焊接中的飞溅、气孔、低效等难题，霍尔激光通

过将蓝光与红外光复合应用的方式，外圈用吸收率高、能量密度低的蓝光大光

斑进行焊缝外围预热和缓冷，内圈用吸收率低、能量密度高的红外小光斑进行

深熔焊接，实现高质量焊接（p24）。另外，Coherent 高意通过其 SmartWeld+

焊接头能够精确调整焊接过程中的激光能量，精确控制焊缝宽度、深度和熔

深轮廓，实现铜、镀锌铜、镀镍铜等薄片材料的精密焊接（p22）。

本期还包括了用于激光微加工的精密运动控制平台（p15）、超快激光器

的群延迟色散（p17）、多层陶瓷电容器膜片切割（p20）、CO2 激光器高效剥

漆（p27）等内容，供读者参考。

本刊编辑部

激光增材制造向工业

生产工艺迈进

中国/香港特别行政区 China / Hong Kong SAR

电话 (852) 2838 6298

传真 (852) 2838 2766

地址香港九龙长沙湾青山道478号

百欣大厦13楼B室

出版总监麦协林 Adonis Mak

电邮 adonism@actintl.com.hk

社长姚丽莹 Hatter Yao

电邮 hattery@actintl.com.hk

中国版主编庞会荣 Rossie Pang

电邮 rossiep@actintl.com.hk

记者张辉 Denny Zhang

电邮 dennyz@actintl.com.hk

记者胡婴 Lily Hu

电邮 lilyh@actintl.com.hk

技术顾问顾正

湖北工业大学刘顿

西安电子科技大学杭州研究院石理平

免费赠阅咨询

电话 (86) 755-2598 8573

(86) 755-2598 8567

传真 (86) 755 2598 8567

电邮 circulation@actintl.com.hk

特约编辑

In My View Jeffrey Bairstow

电邮 inmyview@yahoo.com

Industrial Lasers David A. Belforte

电话 (1) 508-347-9324

电邮 dbelforte@endeavorb2b.com

Valerie Coffey

电话 (1) 978-263-4485

电邮 stellaredit@gmail.com

Photonic Frontiers Jeff Hecht

电话 617-965-3834

电邮 jeff@jeffhecht.com

Imaging Conard Holton

电话 (1) 603-891-9161

电邮 cholton@pennwell.com

Europe D. Jason Palmer

电话 (44) 7960 363308

电邮 djasonpalmer@gmail.com

尖端技术部市场总监 Adrienne Adler

美术编辑总监 Suzanne Heiser

高级绘图 Chris Hipp

制作经理 Sheila Ward

广告协调员 Steve Archer

客户开发经理 Debbie Bouley

尖端技术部通讯与光电子分部

副总裁 / 集团出版人 Alan Bergstein

电话 (1) 603-891-9178

电邮 alanb@endeavorb2b.com

副出版人/总编辑 John Lewis

电话 (1) 603-891-9320

电邮 jlewis@endeavorb2b.com

高级编辑 John Wallace

电话 (1) 603-891-9228

电邮 jwallace@endeavorb2b.com

高级编辑 Gail Overton

电话 (1) 603-305-4756

电邮 goverton@endeavorb2b.com

管理编辑 Lee Dubay

电话 (1) 603-891-9116

电邮 ldubay@endeavorb2b.com

公司行政人员

主席 Frank T. Lauinger

总裁兼行政总监 Robert F. Biolchini

财务总监 Mark Wilmoth

尖端技术分部

读者服务主任 Debbie Bouley

地址 Laser Focus World, 61 Spit Brook Road,

Suite 501, Nashua, NH 03060

电话 (1) 603-891-0123

网址 www.laserfocusworld.com

ISSN 1817-6917

第7页

前沿简讯 Leading Edge Snapshots

项目中，研究团队旨在突破这

一瓶颈，通过研发一种新型电

泵系统，该系统不仅能发射高

功率、超短脉冲，还简化了组

装流程。

该方案的核心在于一种创

新的半导体结构，它拥有大面

积发射表面，并与一个精心设

计的共振器相结合，此共振器

设计巧妙，几乎仅需一个额外

的光学元件（即共振器输出耦合器）

即可完成。

LZH 作为项目的重要参与者，负

责将优化后的电泵半导体芯片无缝集

成至 USP 激光系统中，推动这一技

术从实验室走向实际应用。

近日，科学家们携手来自

汉诺威激光中心（LZH）与

柏林费迪南德 - 布劳恩研究

所（FBH）进行了一项前沿研

究——开发专用于超短脉冲

（USP）产生的电泵半导体碟

片激光器。此类表面发射的半

导体激光器，在定制波长激光

器的开发上展现出独特优势。

传统上，光泵系统虽能实

现高功率输出，但其复杂的组装过程

成为一大挑战。相较之下，电泵系统

受限于较小的发射区域，导致基模功

率偏低，限制了其在材料加工等广泛

领域的应用潜力。

此项目名为“用于超短脉冲产

超短脉冲半导体碟片激光器实现高效电泵浦

生的电泵半导体碟片激光器（EDVECSEL）”，由德国联邦教育和研究

部资助，作为一个科学预研项目，旨

在搭建起基础研究与产业界合作的桥

梁，为未来科技发展奠定坚实基础。

在名为“ED-VECSEL”的创新

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 5

氮化镓属于第三代半导体，由它

生产出的激光芯片，相比于传统半导

体激光器，具有光谱范围广、稳定性

国内高性能氮化镓半导体激光器芯片取得重大技术突破

片产线顺利完成通线试产。氮化镓半

导体激光器芯片是可见光的一种激光

器芯片，它的波长范围比较宽，从紫

外的 350nm 到绿光的 550nm，其蓝

绿光激光器广泛用于激光照明、激光

显示、材料加工、医疗等领域。

目前，鑫威源已经研制出蓝光激

光器系列、蓝紫光激光器系列和绿光

激光器系列的大功率激光器，并已完

成了厂房建设。当前，已安装超过

一百台套制造设备，成功打通了芯片

制造产线并顺利试生产。

好等优势。但由于氮化镓激光技术的

高壁垒，长期以来一直被国外少数企

业所控制，导致国内企业长期依赖进

口。

近日，武

汉鑫威源电子

科技有限公司

在高性能氮化

镓半导体激光

器芯片方面取

得重大技术突

破，氮化镓半

导体激光器芯

第8页

Leading Edge Snapshots 前沿简讯

6 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

近日，西北工业大学毛东教授、

赵建林教授团队报道了全光纤激光器

中的条纹孤子。研究人员利用保偏

光纤调控两正交偏振模式之间的耦合

特性，成功在近零色散光纤激光器

中实现了啁啾和调制周期可控的条

纹孤子。研究成果以“Stripe Soliton

in All-Fiber Lasers”为题发表在国

际知名学术期刊《Laser & Photonics

Reviews》上。

研究人员通过将光纤激光器色散

调至近零区域，在腔内了实现不同波

长孤子的同步。受增益竞争效应的影

响，该激光器中只能产生双波长同步

锁模脉冲，更多波长的同步锁模难以

实现。此外，人们利用可编程脉冲整

形器进行群延迟调制，在光纤激光器

中实现了多波长同步锁模。但是该方

法破坏了激光器的全光纤结构，并引

全光纤激光器中发现条纹孤子

纤进入保偏光纤时，两正交偏振分量

的特性取决于入射光偏振方向和保偏

光纤慢轴之间的夹角 θ（图 1(b)）。

在条纹孤子的形成过程中，除了

保偏光纤引起的模式耦合和干涉外，交

叉相位调制效应导致两个正交偏振分量

之间发生非线性耦合，而自相位调制效

应导致每个分量内部的多个峰之间发生

非线性耦合。两种效应均改变光谱的

能量分布，并使得两个分量发生频移，

最终导致总光谱产生调制。

入额外的损耗和色散。与超冷原子系

统中的条纹孤子类似，光纤激光器中

的多波长同步锁模脉冲在时域上具有

条纹结构，并且二者均可用非线性薛

定谔方程进行描述，因此，可将多波

长同步锁模脉冲视为时域条纹孤子。

本工作中，研究人员搭建的双折

射管理光纤激光器包含单模 - 保偏 -

单模光纤结构（图 1(a)），其在条纹

孤子的形成过程中起着关键作用。当

具有线性偏振的脉冲（u0）从单模光

图1：(a)光纤激光器结构图；(b)脉冲在单模-保偏-单模光纤中的耦合行为。

自古以来，木雕一直都是匠人心

意的载体，一刀一刻间，灵魂与木对

话，诞生独一无二的艺术品。而今，

蓝光激光成为木雕界的“新刻刀”。

它以光速穿梭，在木材上勾勒出细腻

入微的线条，浮现山川明月、个性印

蓝光半导体激光器助力木雕应用开启艺术新革命

产品，具有体积小巧、热阻低、光斑

稳定等优势，为终端客户提供了高质

量、高可靠性的光源选择。其多款

不同功率梯度的主力产品——20W、

40W、60W、80W 蓝光半导体激光器，

可满足对不同厚度木板的雕刻需求。

通过软件制图，激光雕刻机将凯

普林蓝光半导体激光器的激光束能量

投射在木材工件表面，可以精准高效

完成烧蚀，实现木制品雕刻、木模制

作、图案镶嵌，加工精度高、速度快、

操作简单。凯普林蓝光空间光系列产

品经过多项可靠性验证及高温长期老

化测试，可为终端应用提供可靠光源，

助力木雕艺术焕发新生。

记，开启了木雕艺术的新革命。

随着蓝光半导体激光器的技术进

步，其小型化、高效能的特点，使得

桌面级激光雕刻机快速发展，大大降

低创作门槛，吸引无数 DIY 爱好者

的目光。这股蓝色浪潮，正迅速席卷

文旅、文玩、艺术品

乃至家居装饰等领域，

让每个人都能成为自

己生活的设计师，用

激光雕刻的笔触，在

木块上绘出属于自己

的故事。

凯普林推出一系

列蓝光 - 空间光输出

第9页

前沿简讯 Leading Edge Snapshots

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 7

在半导体行业中，IC 芯

片上的文字去除是一个极其

重要且具有挑战性的工艺需

求。无论是产品返工、型号

更改，还是防伪需求，都需

要在不损坏芯片功能的前提

下，精确去除芯片表面的文

字标识。

传统的化学腐蚀和机械

打磨方法往往会对芯片造成

不可逆的损坏，且工艺不稳定、效率

低下。况且，很多芯片只有指甲盖大

小甚至更小，在这样的尺寸下，物理

加工局限大，稍不注意就会损坏芯片。

如何实现快速、精确、无损的文

字去除，成为困扰行业的一大难题。

绿光激光器应用于 IC 芯片激光去除文字

• 独特的 532nm 波长，与硅材料有

着优异的相互作用；

• 35W 的输出功率，提供充足的加

工能量；

• 极高的光束质量，实现微米级的

加工精度；

• 稳定可靠的输出特性，保证批量

加工的一致性。

除此之外，该系列激光器拥有

超高的光束质量 M²<1.2，功率调

节范围在 18~35W 之间，脉冲宽度

<16ns@40k，并采用独特的脉冲编辑

技术。采用先进的温控系统，以确保

工作温度稳定，支持 RS232 串口连接

计算机。

瑞丰恒激光推出的 ExcellentIII

532-35-40 绿光激光器，契合 IC 芯片

文字去除的工艺需求。这款激光器采

用 532nm 的绿光波长，具有以下优势：

• 精确可控的光斑能量分布，确保

文字去除的均匀性；

•NIST 可溯源调谐： 300 nm – 1800 nm

•更快的扫描速度和更高的分辨率

•实现高强度输出，可配置氙灯

•实现超稳定的光谱，可配置 QTH 光源

•可选双输出端口，实验搭配更灵活

•TracQ 控制和数据采集软件

新一代光源

TLS206B 可调谐光源

Oriel 最新产品助力您的光谱研究

50 多年的光源解决方案提供者

了解更多信息，请拨打客服热线 400 799 8000 或者访问 www.newport.com/b/oriel-instruments

www.newport.com

010272c NP_TLS260B_LFW__203x137_E_120824

新

TLS260B

第10页

Leading Edge Snapshots 前沿简讯

8 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

玻璃是现代工业和生活中不可或

缺的重要材料，其应用日益广泛，并

逐渐往新能源、半导体、电子家电、

航天航空等高精尖的领域拓展。随着

智能化生产发展需求，玻璃加工的要

求也越发严格，采用激光进行玻璃加

工的技术逐步受到人们的关注。

创鑫激光旗下子公司宝辰鑫的玻

璃加工激光解决方案，搭载自研的小

功率高峰值能量 MOPA 产品，助力玻

璃激光加工应用深入、广泛发展。其

核心光源激光器采用的是 MOPA 高峰

值纳秒脉冲激光器 BFPT 120HP。该

系列激光器波长范围 1060~1070nm，

脉冲宽度范围 2~500ns，通过整合光

路、结构、控制等使激光器峰值功率

≥ 100kW，能够实现在极短时间内，释

近日，合肥京东方光能科技有限

公司钙钛矿光伏电池中试线成功产出首

批样品，标志着京东方在钙钛矿光伏产

业化道路上迈出了重要一步，也是国内

大尺寸钙钛矿光伏组件产业的重要里程

碑，实现了 GW 级钙钛矿电池激光解

决方案产业化领域的重大突破。

以 MOPA 脉冲激光器为核心的玻璃加工激光解决方案

GW 级钙钛矿电池激光解决方案产业化实现重大突破

设计，结构紧凑，同等功率体积最小，

便于设备集成和灵活使用。

基于以上特性，宝辰鑫玻璃加工

激光解决方案可实现玻璃磨砂、除膜、

钻孔、切割等应用，非常适用于对峰

值功率与亮度有较高要求的精密加工

需求，广泛应用在高端家居、消费电

子产品、现代建筑等行业领域。

面对着时间紧、任务重的交付目

标，青虹激光项目团队涵盖光学、电

气、机械、软件四大学科的专家及售

后工程师共三十余人，现场办公落实

各项交付工作，保障项目快速且高质

量交付目标的达成。

本次交付的 P1/P2/P3 激光划线

设备，采用基于产品气浮平台的高效

划线方式，完美兼顾光路稳定性和划

线高效性，高速气浮直线电机平台

速度可达 2m/s 以上。相较于导轨结

构，效率提升一倍以上，且无导轨磨

损，确保长期工作稳定性。模块化的

激光刻划头可实现 8 路 /12 路 /16 路

/24 路多种组合，每束分光间距独立

电动调节，可根据产线需求进行匹配。

设备具备动态轨迹跟随和焦点跟随功

能，确保划线的精度和稳定性。

放出极高能量，非常适合玻璃的加工。

此外，BFPT 120HP 光束质量高，

M² ＜ 1.4，采用高斯光斑输出，亮度

高，应用效果好，热影响区小，可以

实现精细的玻璃加工效果；系统稳定

性高，连续 24h 输出模式下功率变化

量＜ 3%，能够保证在长时间连续作

业下加工质量的一致性；采用分体式

青虹激光为京东方提供钙钛矿产

线中的核心制程——P0/P1/P2/P3 激光

划线解决方案，助力京东方在大尺寸钙

钛矿光伏组件的产业突破。青虹激光划

线设备于 2024 年 10 月初开始进行整线

流片测试，自 10 月中旬实现全程自动

化生产，首批 2.4m×1.2m 成功下线。

第11页

市场风向标 Market Watch

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 9

全球光子学经济论坛探讨了当前光子学行业遇到的困难和发展可能性；即使面临挑战，

光子学的未来依然光明。

文/Jose Pozo

光子学行业在充满挑战的不确定环境中前行

当前的经济大环境、地缘政治和环境挑战，毫无疑

问对光子学行业的日常业务产生了一定影响。从

供应链问题到全球合作，光子学公司正在寻求解

决方案来应对当前形势，解决不断涌现的迫切问题和需求，

并在高度动荡的环境中为未来发展提前做好准备。

在此背景下，2024 年 10 月初，Optica 公司举办了首届

“全球光子学经济论坛”（The Global Photonics Economic

Forum），共吸引了来自全球光子学领域的 300 多名企业高

管亲临会场交流探讨，共谋光子学行业的未来发展。

谋划未来

光子学正处于一个新的发展阶段。行业预测显示：到

2027 年，全球光子学市场规模将达到 1.2 万亿欧元（13 万

亿美元）。但是，如何将这些增长预期转化成企业业务呢？

从本次论坛的 CEO 圆桌讨论中可以看到，企业需要对可扩

展性保持重点关注。

本次 CEO 圆桌讨论由 Lightwave Logic 公司 CEO

Michael Lebby 主持，参与嘉宾包括捷普集团（Jabil）执

行副总裁 Matt Crowley、MKS Instruments 总裁兼 CEO

John T.C.Lee、Coherent 前董事长兼 CEO Chuck Mattera

和 Vanguard Automation（最近被 Mycronic 收购）CEO

Thorsten Mayer。在这场圆桌讨论中，所有嘉宾都指出：规

模化是推动未来 5-10 年光子学价值链演变的主要因素。

“50 年前，制造电话需要有人来制造芯片，而制造芯片

需要有人生产芯片制造设备。如果不能从别人那里购买设

备或芯片，那就只能自己做。”MKS Instruments CEO John

T.C.Lee 回忆道，“随着行业总体规模的扩大，人们开始走

专业化的分工路线。这不是预测，这是对历史的观察，而历

史往往会重演。”

“光子学的未来，特别是硅光子学，在很大程度上取

决于达到的规模程度。”Jabil 执行副总裁 Matt Crowley 说，

“当今市场的需求需要这样的规模，因此我们如果能更快地

找到如何支持市场需求的方法，必将有助于促进光子学被

普遍采用的轨迹和时间。”

全球影响

可扩展性的一个主要驱动力在于供应链和开展全球业

务运营的能力。首先，疫情引发了广泛的供应链问题。现在，

光子学公司正在与限制业务运营的地缘政治环境作斗争。

为了解决其中一些问题，本次论坛中特别设立了一个

专注于与中国开展业务的圆桌讨论，该圆桌讨论由 Avicena

Tech 副总裁 Christoph Pfistner 主持，参与讨论的嘉宾包括

全球化智库（CCG）创始人兼总裁王辉耀、Periplous 公司

CEO Michael Hochberg 和 Stratfor 应用地缘政治中心执行

董事 Rodger Baker。

不出所料，这场圆桌引发了大量讨论和现场互动，对

于当今和未来存在的挑战，众人纷纷表示没有灵丹妙药，

也没有单一的解决方案。

“这是我们需要深入思考的问题，因为对于光子学行业

而言，实现规模化至关重要。”Michael Hochberg 表示，“如

果你需要在一个碎片化的世界中实现规模化，那会遭遇另

一个层面的复杂性。当然，在当下复杂多变的环境中实现

规模化，是一件非常有趣、复杂和动态变化的事情。”

在实用建议方面，参与讨论的嘉宾都鼓励光子学企业

围绕各种潜在的未来需求做规划，以帮助他们以积极的方

式确定策略，以便在机会来临时及时把握。光子学企业还

应该探索如何组织其运营和活动，以支持不断变化的市场

需求。

下转第13页

第12页

Interviews 访谈

10 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

超快激光微加工提供了高精度和一定的吞吐量，

同时最大限度地减少了材料损坏。该技术依赖

于激光束和工件之间的极高精度的快速相对移

动。系统设计者可以选择“激光器固定 + 工件移动”或“工

件固定 + 激光束偏转”的加工方式（本文暂不讨论混合系

统）。

激光器固定的方式能简化光路系统。当与压电平台或

传统运动平台配合用于工件定位时，固定的激光器可以优

化性能，整个系统不会像使用振镜控制光束的情况那样复

杂。

将不同的运动系统控制和激光器控制集成到一起，是

一项颇具挑战性的工作。对此，Physik Instrumente（PI）

公司工业自动化全球战略营销经理 Cliff Jolliffe 博士详细

介绍了这其中可能遇到的问题，并解释了行业标准现场总

线网络和控制（如控制自动化技术以太网 EtherCAT）是

如何解决这些问题的。

Jolliffe 在精密运动控制领域拥有二十多年的丰富经

验。他曾主持了一个英国工业 / 学术小组，以促进研究人

员和制造商之间的深度合作。关于如何构建更好的激光微

加工系统，Jolliffe 博士给出了自己的回答。

Q ：将两个在高速、高精度和高分辨率下运行的不同

系统集成到一起，最大的挑战是什么？

Jolliffe ：自动化和运动控制系统遵循了两条截然

不同的发展道路。自动化系统擅长处理输入、输出

和一般电机控制，而运动控制系统则优先考虑精

确的运动处理。不同的连接协议不断发展，以

满足这些不同的需求。自动化系统要求促进了

统一的方法。然而，在运动控制中，情

况就不同了。

在运动系统中，精度、分辨

率和速度的相互作用至关重要——高分

辨率的高速运动需要快速计数和实时调整，需要

如何构建更好的激光微加工系统

文/LFW

关于如何构建更好的激光微加工系统，PI公司工业自动化战略营销主管Cliff

Jolliffe博士给出了回答。

高带宽通信。随着高分辨率运动轴数量的增加，对控制系

统的性能要求变得更加明显，特别是在具有多个轴的激光

设置等复杂系统中。因此，该行业最初倾向于专有或专用

数据总线，以满足对准确性和高分辨率反馈的需求。这种

方法虽然能奏效，但往往抑制了互操作性、灵活性和兼容

性。

Q ：EtherCAT 等协议在这些应用中有什么优势？

Jolliffe ：EtherCAT 是一种流行的高速、确定的工业

以太网通信协议，它凭借着灵活性和实时处理能力而从其

他通信协议中脱颖而出。EtherCAT 支持超快激光器与各

种运动技术的无缝集成，从而能够开发用于高精度应用的

激光微加工系统。

传统协议在每个节点处理数据，引入了延迟。相比之

下，EtherCAT 通过节点实时传递消息而无需处理，显著

提高了速度和效率。它的实时处理能够实现高通信速度，

这在工业自动化中至关重要，因为快速和确定性的数据交

换至关重要。

所有网络参与者对数据的同步更新，对于性能运动至

关重要。这就是为什么抖动很重要。由于 EtherCAT 使用

分布式时钟，该协议可以支持低于 1μs 的抖动。100μs 的

循环时间是可能的，尽管 200μs 被认为是最快的，因为它

与 5kHz 的更新率有关，这适用于要求苛刻的运动轮廓

生成。

为了保持零件质量，激光设备制造商需要高速、亚

毫秒、确定性的通信来实时协调过程。EtherCAT 出色

的同步能力，对于运动控制应用中的设备精确同步至关

重要。设备配置文件确保了互操作性和易于集成，

允许不同的运动技术在同一网络上无

缝共存。

Q ：在单个 EtherCAT 网络

PI工业自动化战略营销主管

Cliff Jolliffe博士

图1：EtherCat控制的组合式直线电机和压电促动器装置，用

于激光钻微孔。

第13页

访谈 Interviews

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 11

中连接激光系统、X 平台和 Y 平台等系统元件，涉及哪

些工作？

Jolliffe ：EtherCAT 支持灵活的网络拓扑，如线形、

环形、星形和树形配置。其适应性有助于轻松构建模块化

架构，使其能够根据需要添加元素，同时考虑到运动、输

入 / 输出和激光应用要求（例如焊接、切割或钻孔）。系

统布局涉及通过标准以太网电缆或内部背板连接到从属设

备的主控制器。从属设备处理运动，充当标准伺服或步进

放大器，智能地解释 EtherCAT 数据以用于相关的运动技

术和附加的机械硬件。这使得可以在系统内构建多个轴类

型。

除了用于自动化的标准输入 / 输出（I/O）外，激光

材料加工可能需要专门的 I/O，这需要激光控制之外的高

级功能。作为示例解决方案，ACS LCI 模块可确保激光控

制和多轴运动之间的紧密同步，并考虑路径轨迹。它具备

各种激光应用功能，包括发射延迟、穿透和触划模式、与

内部激光时钟的同步以及与激光器上接口的物理连接。

附加的控制元件可能涉及提取系统控制、气冷 / 水冷

和用于工件加工的辅助从动装置。

Q ：压电 XY 平台提供了哪些超越传统运动平台之外

的特性？请您举例介绍一下。

Jolliffe ：由压电促动器驱动、并由挠性件引导的平行

运动压电 XY 平台，能够实现高精度的多轴运动，并可以

在小工艺区域内取代电动 XY 线性平台。压电促动器将电

能转化为线性运动，提供快速运动、高推力和几乎无限制

的分辨率。传统的线性电动平台使用直接驱动的线性电机

和高质量轴承，实现微米到亚微米级的定位精度。

相比之下，具有电容反馈的压电挠性平台，提供了纳

米级的跟踪精度，同时补偿了轴之间不希望出现的串扰。

它们的低摩擦、无磨损设置不需要润滑，可以承受数十亿

次循环。

压电 XY 平台在激光钻微孔方面表现出色，实现了直

径小于 100µm 的快速钻孔，拥有极小的圆误差（在 100Hz

下，30µm 圆孔的误差为 0.5µm）。EtherCAT 控制非常适合

叠加这种运动，因为主控制器不需要关心连接的运动技术，

只需要从编程和 / 或过程的角度考虑其能力。

www.newport.com.cn

For more information visit 了解更多信息请访问 www.newport.com.cn

高精度和高稳定性方案助您搭

建通讯测试系统

已校准的光电二极管功率传感器

从纳瓦到毫瓦，广泛的 NIST 可追溯范围

光电二极管功率传感器确保精确的光学测量，无信号饱和，使其成为各种应用的理想选择

适用于科学研究、电信、数据通信等的光纤对准

• 最高质量的光电二极管

• 低 NEP（噪声等效功率），动态范围宽

• ISO17025认证

• EMI/RFIshield 可最大限度地减少环境噪声

• 与 Newport 的高级仪表和 PMManager 兼容

第14页

Technologies Center 技术中心

12 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

红外光谱结合机器学习快速诊断人体健康

状况

光谱诊断

文/LFWC

一种新颖的微创筛查方法，仅用一滴血就能检测出人体的健康状况，这有望彻底改变预防性医疗保健。

由德国路德维希 - 马克西米利安大学宽带红外诊

断团队（Broadband Infrared Diagnostics）和马

克斯 · 普朗克量子光学研究所领导的研究团队，

最近开发出一种新型健康筛查系统，该系统将医学诊断中

常见的红外光谱技术与机器学习相结合，只通过一滴血进

行单一测量，就能揭示多种复杂生物流体的分子特征信息，

并最终揭示人体的健康状况。

宽带红外诊断团队的研究小组负责人 Mihaela Žigman

博士说：“虽然通过分析人体血液分子信息用于临床诊断

的概念已经非常成熟，但是我们的方法利用红外分子光谱，

能够进行稳健和可重复的人体血浆指纹识别。”

回顾过去

这种创新的微创方法源于该团队之前的工作，那时的

工作涉及傅里叶变换红外光谱学（FTIR），这种方法长期

以来一直被用于疾病检测的实验研究。该团队在早期研究

中发现：红外分子指纹不仅对每个人都是独一无二的，而

且随着时间的推移也保持一致。

Žigman 说：“这一发

现表明，我们的方法有望

用于监测人类健康的临床

诊断中。”

他们首先将 FTIR 光

谱法应用于癌症诊断，将

患有四种常见癌症之一的

个体与表现出相似特征但

没有恶性肿瘤的对照组进

行比较。研究人员证明，

他们涉及血清或血浆的方

法可以检测到严重的异

常，包括癌症信息。

向前迈进

最近，该团队扩大了他们的研究重点，开始探索是否

可以使用相同的光谱方法来识别自然人群中具有各种常见

疾病的人。

与德国慕尼黑亥姆霍兹中心（Helmholtz Center

Munich）的研究人员合作，为该团队提供了一个独特的

机会来测试 IR 指纹是否不仅可以检测癌症，还可以检测

一系列常见的疾病。

“我们的方法中最关键的一个方面是集成了机器学习功

能，”Žigman 介绍说，“我们将被研究的个体人员的医疗数

据与他们新测量的血浆光谱红外指纹信息相结合，并使用

这个组合数据集来训练能够识别单一和组合条件的算法。”

图1：新的微创筛查方法，只需要一滴血

就能检测出人体健康状况。（图片来源：

LMU/MPQ）

图2：该方法将红外光谱与机器学习相结合，通过一次测量就能揭示多种复杂

生物流体的分子特征信息，并最终揭示人体的健康状况。

第15页

技术中心 Technologies Center

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 13

凭借数千个可用的数据组合，该团队有效地训练了算

法，并可以在看不见的数据集上验证其准确性。

Žigman 解释说，新方法的主要优势在于它能够通过

单一、非侵入性、成本效益高的测量，来表征个人的健康

状况。传统的基于血液的诊断测试通常需要多轮才能得出

一个诊断结论，每个诊断只瞄准特定的疾病或标志物。

“我们的方法能够同时检测多种分子特征信息和疾病

情况，既高效又全面。”Žigman 说道。

目标

该团队的目标是最终使用这种简单的基于血液的光

谱测量方法，来改善人类的健康状况。

Žigman 表示：“我们希望能够及早地发现疾病，让我

们有机会管理甚至预防其发展。希望我们的方法能够对临

床诊断产生重大影响，这不仅包括加强疾病的早期检测，

还包括更深入地了解健康的意义。”

这种方法还可能用于检测是否存在某种疾病，为监测

人体的整体健康状况提供了一种新颖的方法，这可能会改

变预防性医疗保健。

通过有效地表征和理解分子特征，该团队有望开发出

识别特定健康和疾病表型的算法。

在复杂的时间里，这是一个复杂的问题，但通过将这

些想法作为商业规划的一部分，光子学公司可以更好地为

下一步做好准备。

总之，要了解自己的业务所处的环境，Christoph

Pfistner 总结说。

迈向光子学的未来

本次全球光子学经济论坛将各家企业高管汇聚一堂，

探讨光子学行业发展中遇到的困难及解决问题的各种可能

性。讨论结果表明，即使光子学行业目前正处于一个充满

挑战性的环境中，但是光子学的未来依然是光明的。

未来，光子学能让我们将光带到世界的每个角落，帮

助人们拥有健康和繁荣的生活。

上接第9页

www.ophiropt.com

适用于所有工业激光器波长，

让您的激光器测量更简单

Pyrocam IV 光束质量分析仪

• 320x320 分辨率，热释电矩阵，每个点 80 µm;

• 为连续激光器光束测量集成斩波器；

• GigE 通讯接口

• 包含 Beamgage 专业版本软件

热释电矩阵相机

Pyrocam IV 专为需要可靠和详细的激光光束分析的专业人士而设计，其宽带波长从

13 nm 到 355 nm 和 1.06 µm 到 3000 µm。可实现所有激光光束分析，从研究所到工业应用。

欲了解更多信息，请致电 +86-010-62634840 或访问 www.ohiropt.com

第16页

Technologies Center 技术中心

14 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

OptoGPT 利用 AI 实现光学结构的

自动化快速设计

光学设计

文/Justine Murphy

基于光学的机器学习架构有望改变游戏规则，进一步推动设计出更先进的光学器件。

美国密歇根大学的研究人员

现在可以利用他们开发的

OptoGPT（一种聚焦光学的

生成机器学习架构），更准确地确定

设计更好、更先进的光学器件所需的

光学特性。

他们的逆向设计算法利用了

OpenAI 和 ChatGPT 背后的神经网络；

OpenAI 和 ChatGPT 都是越来越流行

的生成式人工智能（GenAI）工具，

它们能以各种方式实现类人交互。

密歇根大学电气工程与计算机科

学教授 L.Jay Guo 帮助开发了该系统，

他说：“GPT 模型在自然语言中的巨

大成功，为我们开发 OptoGPT 提供

了巨大动力。”

OptoGPT 基于类似于 ChatGPT

的架构。它使用强大的 transformer 模

型的解码器，并在给定输入时以自

回归的方式生成输出。Guo 介绍说，

OptoGPT 利用 ChatGPT 背后的计算

机架构，将所需的光学特性转化为提

供这些特性的材料结构。

它是如何工作的？ OptoGPT 设

计了光学多层薄膜结构（见图 1），每

层的材料不同，这种结构可以最大限

度地提高太阳能电池或望远镜的光吸

收率。借助极紫外（EUV）光，它还

可以促进半导体制造。

Guo 解释说，新框架基本上将一

吸收。它们还具有通过调节玻璃温度

来促进智能窗户发展的潜力。

设计优势

OptoGPT 可以为多层结构设计材

料组合和厚度，并在认为设计的结构

可以满足所需性能时，自动终止设计

过程。

Guo 表示，该算法的工作速度也

非常快，它几乎可以在一秒钟内立即

完成每个设计过程。

Guo 说：“当给定一个设计目标

时，它可以输出尽可能多的不同结构。

它很灵活，可以将任何约束条件纳入

到整个设计过程中。”

图1：OptoGPT的光学多层结构。（图片来源：密歇根大学工程学院L. Jay Guo实验室）

定厚度的材料处理为“单词”，并将

其光学特性编码为输入。它寻找“单

词”之间的相关性，并可以预测接下

来要创建的人造句子。然后，它可以

设计一种光学多层膜结构来满足所需

的特性。

“我们认为 ChatGPT 的 GPT 组件

能够完成这项工作，因为它在处理大

型语言方面非常强大。”Guo 说道。

OptoGPT 是在大量多层结构及其

光谱上训练的。它的设计目的是在给

定适当的光学目标作为输入时，对多

层结构进行逆向设计。

这些多层结构是不同材料的堆叠

薄层，可以用于不同的目的，包括最

大化和增强太阳能电池或望远镜的光下转第19页

第17页

技术中心 Technologies Center

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 15

如何为激光直写工艺选择最佳定位设备

运动控制

文/Brett Heintz，Aerotech应用工程师

激光直写结合优化的精密定位设备，有望实现前所未有的优势和创新应用，如集成到

手机显示屏中的个人生物传感和化学检测能力。

为既定加工过程选择最佳的

自动化设备，需要彻底了

解该加工过程的各种工艺

参数以及定位误差对加工结果的影

响。

激光直写应用的最新进展，为基

于工艺参数选择最佳定位设备提供了

一个很好的例子。一般来说，激光直

写系统包含激光源、聚焦光学元件和

定位基板的运动子系统（见图 1）。

传统上，研究人员使用紫外激光

器在熔融石英基板上写入波导、光纤

布拉格光栅、定向耦合器等。[1] 在工

业领域，该工艺已成功用于制造光电

设备中实现光学对准的耦合器件，还

可以制造可穿戴增强现实镜头。

直接波导写入的当前应用已经证

明，可以在用于手机显示器的康宁大

猩猩玻璃（Corning Gorilla Glass）的

表面下方和表面上，写入对人眼透明

的波导。[2] 写在显示器上的表面等离

子体传感器，有望用于生物传感和气

体检测。而马赫 - 曾德干涉仪可用于

温度传感。[3]

为了选择将波导写入手机显示

屏的最佳运动子系统，必须考虑工艺

参数和应用目标。首先，波导必须是

低损耗的。内切波导的波长损失直接

取决于直接写入过程中吸收的能量密

度。[3] 因此，脉冲相对于其他脉冲的

位置必须是可控的。在固定的脉冲频

率下，依靠平移台的速度稳定性，可

以将脉冲同步到定位设备。然而，速

度不稳定会导致脉冲定位误差；因此

用户将被迫根据脉冲频率对速度进行

编程。

与其依赖于机械装置的速度稳定

性，不如使用机械装置的校准编码器

位置，在运动系统控制的纳秒延迟下，

在一维、二维或三维的所需位置触发

激光脉冲。这使得用户可以轻松地对

运动文件进行编程，而不必担心二维

或三维轮廓中的脉冲位置不一致（见

图 2）。

在显示玻璃内生产许多基于波

导的传感器，需要内切波导的 3D 位

置尽可能接近设计位置。定向耦合器

等特征由 5~9μm 宽的多个波导组成，

图1：在典型的激光直写装置中，XY运动通常在基

板下方。Z（焦点运动）可能位于基板下方或附着

在物镜上，具体取决于工艺要求。

物镜

运动子系统

图2：将激光脉冲频率与运动系统编码器反馈同步，

无论指令速度如何，都能在轮廓上产生一致的间距。

无论指令速度如何，

都能在轮廓上产生

一致的间距

图2a：阳极氧化铝板上以200mm/s的速度在拐角处

进行脉冲同步。

图3：小型XYZ飞秒激光微加工系统。（图片来源：

Altechna R&D）

第18页

Technologies Center 技术中心

16 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

对 100nm 量级的位置偏差很敏感。因

此，定位系统必须在玻璃显示器表面

的平面内具有亚微米级的可重复性。

传统的三轴飞秒激光微加工定位

系统，如图 3 所示的小型实验室系统，

由堆叠的 XY 机械轴承台和独立的垂

直聚焦台组成。随着致动器行程的增

加以适应手机显示器，由于滚动轴承

元件和载物台制造公差引起的离轴误

差变得更加明显，导致波导之间的定

位不一致。

因此，机械轴承定位器通常被空

气轴承定位器所取代，空气轴承定位

器位于薄薄的空气膜上，形成非接触

式轴承表面，消除了滚动轴承的负离

轴效应。此外，空气薄膜在轴承表面

产生平均效应，减轻了由于表面缺陷

和制造公差引起的误差，同时在所有

方向上提供了明显更高的可重复性。

这导致了可重复的点放置，并最终实

现了更高质量的波导器件。

为了在 XY 平

面内实现最佳的亚

微米定位，可以使

用安装在感兴趣表

面的平面镜和具有

高分辨率电子倍增

器的激光干涉仪（见

图 5）来生成定位

误差图，该电子倍增器能够分辨低至

0.15nm 的运动。该定位误差图可用

于校准波导传感器刻写区域的误差，

实现 ±50nm 或更高的平面内重复性。

H 型平面空气轴承结构（见图 4、图 5）

使玻璃基板更靠近定位器的编码器，

减少了堆叠 XY 系统中常见的离轴误

差。这可以实现最高精度的激光光斑

定位。

为了将多个传感器刻写在显示表

面上，波导必须写在玻璃

基板内的 3D 空间中。在

加工过程中，焦点沿聚焦

方向的动态移动，会产生

所需的 3D 波导结构。在

XY 轮廓运动期间，在聚焦

方向上的定位必须快速且

高度精确，以确保波导之

间不会因光斑定位不准确

而发生意外耦合。基于弯

曲的纳米压电平台（见图

5a）可以在距离显示表

面400μm的整个深度内，

提供快速、准确的光斑

定位（见图 5b）。电容

探针反馈实现了 <10nm

的可重复性，允许直接

在显示器表面下方进行

波导写入，用于传感应

用。

为既定的加工过程

成功选择精密定位设备，

图5：XY平面空气轴承，集成了Z/Theta Z载物台和2D激光干涉仪反

馈，用于在光子芯片中直接紫外写入波导。（图片来源：英国南安

普敦大学光电研究中心（ORC）Paul Gow博士）

图5b：QFocus，没有有效载荷，在移动400μm后，能在不到15ns的时间

内稳定在1%的窗口内。在不到30ms的时间内，可以用150g的有效载荷

执行相同的步骤。

图4：Planar HD平面空气轴承具有卓越的几何性能和±50nm的长期重复性。

需要对工艺参数及其与定位设备的关

系有着深入的了解。先进的制造技术，

如手机显示屏中波导的激光直写，结

合优化的精密定位设备，有望实现前

所未有的优势和创新应用，如集成到

手机显示屏中的个人生物传感和化学

检测能力。

参考文献

1. J. Gates, C. Sima, C. Holmes, P. Smith

(2013). UV direct writing of planar

waveguides: basics and applications.

https://spie.org/news/5036-uv-directwriting-of-planar-waveguides-basics-andapplica tions?SSO=1

2. J. Lapointe, M. Gagné, M. Li, R. Kashyap

(2014). Making smart phones Smarter with

photonics. OPTICS EXPRESS 15474. Vol.

22 No. 13, DOI:10.1364/OE.22.015473

3. J. Lapointe, F. Parent, S. Loranger, M.

Gagne, R. Kashyap (2015). Empowering

Cell Phones with Photonics. IEEE

图5a：QFocus基于弯曲的压电技术，允许在直接

写入过程中通过移动物镜来快速调节焦深。

第19页

技术中心 Technologies Center

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 17

超快激光器的群延迟色散

超快激光器

文/ Olivia Wheeler，Edmund Optics

管理超快激光的脉冲持续时间是一项艰巨的任务，尤其是在不熟悉其时间特性的情况下。了解群延迟色

散 (GDD) 可以降低这项工作的困难和不确定性，从而提高激光器的性能。

超快激光是指脉冲持续时间

从皮秒（ps）到飞秒（fs）

量级的激光，超短脉冲的

产生需要极宽的光谱带宽。超快激光

的特性由时间 - 带宽积决定，即要实

现特定的脉冲持续时间，就要达到一

个最小的光谱带宽。这就意味着，要

保持激光极短的脉冲持续时间，就必

须维持好宽光谱带宽。

群延迟色散的起源

如果您对英国的摇滚乐队 Pink

Floyd 比较熟悉，就不会对色散感到

陌生。其音乐专辑《月亮背面》的封

面是一束白光通过棱镜分裂成彩虹的

效果图。同样地，让白光通过单透镜

聚焦也会变得复杂起来。由于材料的

折射率随波长而变化（图 1 左图为紫

外级熔融石英的折射率与波长的函数

关系图），因此，不同波长的光在通

过透镜时，会在不同的位置聚焦（图

1 右图）。

对于超快激光，从时间的角度来

看，一个具有多个波长成分的脉冲在

介质中传播时，介质会对不同波长产

生不同的相移，这种现象被称为群延

迟色散（GDD）。

熔融石英的群速度色散（GVD）

或单位厚度的 GDD，如图 2 所示。

正如色散会影响透镜对不同波长的

聚焦位置， GDD 影响脉冲的波长成

分何时从光学介质中出现。如图 2

所示，经过光学介质之后，由于正

GDD 的影响，红色部分先于蓝色部

分出现。换句话说：GDD 提供了一

种定量测量方法，可以测量不同波

长的成分在通过给定厚度的光学介

质时的延迟情况。

GDD 对脉冲的影响取决于输入

脉冲的持续时间：对于给定的 GDD，

输入脉冲的持续时间越短，对脉冲的

拉伸就越大。此外， GDD 值越大，也

会使脉冲产生明显的拉伸。如公式 1

所示：

光学系统中GDD有多大？

从超快激光系统输出激光脉冲

开始计算，光路中 GDD 的主要来源

是光学元件。如果要对特定系统中的

GDD 进行初步估算，那么就得测量

每个透射元件对 GDD 的贡献。

可以使用白光干涉仪测量每个元

件的 GDD 值，或根据基底材料和厚

度进行估算。例如，如果在光路上有

一个 3mm 厚且具有抗反射涂层的熔

融石英窗口，则可以通过查找脉冲中

心波长处熔融石英的 GVD 值，来估

算其 GDD 值。相关数据可以从折射

率数据库（如 refractiveindex.info）中

查阅。

将 GVD 乘以介质厚度（本例中

为 3mm），即可估算出石英窗口的

GDD 值。为了近似估算输入脉冲可

能被拉伸的程度，需要对光学系统中

所有透射元件重复此计算过程，并将

所有 GDD 贡献值相加，并将 GDD

总值代入公式 1 计算。

当激光脉冲持续时间非常短（大

图 1：紫外级熔融石英的折射率与波长的函数关系图（左图）；这种色散会导致超快激光脉冲产生时间畸

变。通过单个透镜聚焦白光光源，会使不同的颜色聚焦在不同的焦平面上（右图）；这就类似于超短脉冲

通过介质产生的时间畸变。

第20页

Technologies Center 技术中心

18 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

约 50fs 或更短）时，这种近似计算方

法可能会失效。在如此短的持续时间

内，反射元件（如未针对超快应用进

行优化的反射镜）或额外的色散效应

可能会对脉冲持续时间产生较大影响。

如何避免系统中出现 GDD？

光路中的透射元件是造成 GDD

的主要因素。如果可以的话，最好选

择反射元件来替代透射元件。

然而，许多应用需要透射元件。

在这种情况下，应尽量选择由最佳材

料制成的薄元件（如可用于可见光和

近红外波段的熔融石英等），从而最

大限度地减少 GDD。例如，较薄的

熔融石英透镜要比较厚的 BK7 透镜

好，因为它产生的 GDD 更小。如果

由于光学性能限制而无法使用较薄的

元件，则可以使用 GDD 大小相等但

符号相反的元件来补偿。

对于持续时间极短的脉冲，即

使是具有非超快涂层的反射元件，也

可能产生 GDD 并导致严重的时间畸

变。在这种情况下，应选择经过优化

的反射镜，以尽量减少脉冲的 GDD

（见图 3）。

如何补偿 GDD？

尽管可以尽量减少透射元件的使

用并选择低 GDD 涂层，但残余 GDD

通常仍然存在。如果系统产生的

GDD 导致脉冲宽度展宽太多而无法

满足应用要求，则需要重新压缩脉冲

来部分或全部补偿光学元件的 GDD。

脉冲再压缩的方法较多，例如可

以采用高色散镜、啁啾镜对、光栅对

（透射和反射）和棱镜对等。

补偿 GDD 的最佳方法在很大程

度上取决于应用情况。下文介绍了三

种假设场景，以说明在实施脉冲再压

缩方法时需要考虑的因素。

（1） GDD 值已知的固定光路

在这种情况下，光路的元件是固

定的，其 GDD 贡献是已知的。设计

超快激光微加工设备的 OEM 激光集

成商，可能会遇到这种情况。集成商

知道，客户用 515nm 波长的激光加工

材料，其脉冲持续时间要达到 100fs

时，才能实现有效加工。但光路中的

扩束器、扫描镜和各种滤光片等元件，

已将原始脉冲拉长到 250fs 左右。

图 2：熔融石英的群速度色散（GVD：单位厚度的 GDD）（左）和正 GDD 对超快脉冲的影响（右）。通过光学介质后，由于光学介质中积累的正 GDD，脉冲

的长波长成分传播要明显快于短波长成分。

熔融石英GVD与波长的关系图

超快激光

辐照度

时间

辐照度

时间

光学介质

(物镜、声光调制器、窗片、透镜等)

一对互补啁啾镜对在波长650~1350nm范围内

涂层反射率和GDD性能图

图 3：反射镜通过镀膜优化GDD 的示例图。此外，用于超快激光的反射镜还要针

对高反射率和高损伤阈值进行优化。更多信息，请参阅《超快激光基础知识》系

列第 2 部分（www.laserfocusworld.com/14292432）。

图 4：一对互补啁啾镜的性能曲线。如图 5 所示，镜子成对使用 (∑)，以

消除每个镜子（L 和 S）中存在的 GDD 振荡。

第21页

技术中心 Technologies Center

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 19

缩镜。

（3）高 GDD 和灵活性

在这种情况下，设想您

正在设计一款超快激光系

统。激光器本身的设计具有

一定的 GDD，而您不确定

最终用户在其应用中可能需

要补偿多少 GDD。

假如激光系统固有的

GDD 约为 104

fs2

，并且希望

在很大范围内实现激光的可

调谐。对于设计商用超快激

光系统的工程师来说，这种场景很

常见。

在此情况下，工程师可能会选

择灵活性较高的光栅对来压缩脉冲。

利用为特定中心波长设计的两个透

射光栅，工程师可以实现间距可调

的光栅压缩系统。这种方法既能补

偿激光器本身固有的 GDD，又能为

最终用户光路中产生的 GDD 提供灵

活性补偿。

这三个例子中的 GDD 补偿方法

并非详尽无遗，而是为了说明在选择

特定方法时需要考虑的各种因素。从

GDD 值的确定再到补偿策略的选择，

所有应用和系统都会带来独特的考量

因素。如需帮助确定超快激光应用的

最佳方法，请联系光学供应商以探讨

实际解决方案。

超快激光

时间

辐照度

时间

辐照度

脉冲压缩镜

光学介质

(物镜，声光调制器，窗片，透镜等)

图5：互补啁啾镜对（此处描述为脉冲压缩镜）是显微学家的一个不错

选择，通过增加两个镜面之间的反射次数，GDD 的增量变化很小。

为了恢复到目标脉冲持续时间，

集成商必须对这些光学元件产生的

GDD 值（约为 8300fs2

）进行补偿。

由于该系统的规格是固定的，因此在

该光路中使用高色散反射镜来压缩脉

冲，将是一个不错选择。

将脉宽拉伸的脉冲在高色散

反射镜上反射 8 次，每次反射产生

-1000fs2 的 GDD，可以补偿该系统中

大部分的 GDD。虽然这种方法会留下

300fs2 的残余 GDD，但 100fs 脉冲受

这一色散量的影响可以忽略不计。

（2）宽光谱和 GDD 的粗略估算

考虑一种激光脉冲光谱特别宽、

持续时间特别短的情况。在整个光路

中都使用了 GDD 较低的反射元件，

但要在样品表面获得极高的光子通

量，聚焦物镜至关重要。

这种场景对于多光子显微学家来

说并不少见，他们利用超快激光器的

超高峰值功率来生成生物样本的详细

图像。

在这种情况下，显微学家需要对

物镜的 GDD 进行补偿，但却不知道

具体的规格。他们希望能够根据图像

与施加的负 GDD 的函数关系来评估

图像质量。再考虑到宽光谱带宽，因

此可以选择互补啁啾镜对 GDD 进行

补偿。

使用具有图 4 所示性能曲线的镜

子，显微学家就有机会通过增加两个

镜子之间的反射次数，来实现 GDD

的微小增量变化。当图像质量达到最

佳时，就成功补偿了聚焦物镜产生的

GDD。图 5 展示了啁啾镜对的一种

可能的光学布局，图中标注为脉冲压

接下来是什么？

目前，OptoGPT 只能处理一维光

子结构。Guo 的团队正在努力将该架

构的功能扩展到更高的维度，如二维

超表面。

“例如周期性图案、光栅等，”Guo

说，“然后的发展可能会转向 3D，其

已经在超表面中被大量利用。”

研究人员的另一个目标是使

OptoGPT 易于操作、更容易获得使用，

并且不需要专门的培训。与 ChatGPT

的工作原理类似，用户可以简单地查

找信息，以更好地了解光学技术的不

同领域、组件等。

“这就相当于你基本上可以要

求一个专家系统来告诉你这些信

息。”Guo 总结说，“一旦在光学领

域实现了这一目标，我们就可以扩

展到其他科学领域。OptoGPT 可以

使没有接受过全面光学培训的研究

人员和工程师，能够以快速方便的

方式，为广泛的应用设计光学多层

薄膜结构。”

上接第14页

第22页

Industrial Laser Column 工业激光专栏

20 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

绿光纳秒激光器和结合视觉定位系统，优化切割轨迹以减少热积累，提升多层陶瓷电容器的切割精度和

速度。

文/ 李万，汤泉，胡伦珍，吕亮，侯玉强，郭庆川，刘梦宇；安徽柏逸激光科技有限责任公司

陶瓷切割

多层陶瓷电容器膜片激光微纳加工工艺研究

多层陶瓷电容器（Multilayer Ceramic Capacitors，

MLCC）是现代电子产业中

最重要的片式无源器件之一，被广泛

应用于消费类电子产品、工业电子设

备和军用电子设备等领域。MLCC 的

核心结构由内电极材料与陶瓷介质材

料多层交替并联叠合而成，[1] 将其共烧

成一个整体后在两端封接外电极，使

得 MLCC 具有尺寸小、容量高、成本低、

可靠性好等特点。

随着平板设备、智能手机等消费

电子产品正以前所未有的速度向更加

轻薄、紧凑的设计演进，这一趋势对

元器件的尺寸提出了更为严苛的挑战。

电容器，作为这些精密装置中不可或

缺的能量存储与转换元件，其体积的

进一步缩减成为了推动产品小型化、

轻量化进程中的关键技术瓶颈。

高精度切割是超小型 MLCC 生

产工序中的关键一环，目前超小型电

容芯片的切割普遍采用刀片切割法，

2011 年吴晓东等人 [2] 解决了使用传统

切割方法出现的切偏、切斜和走位等

问题，保证了切割的加工合格率，产

品的切割合格率提高到 95％以上，解

决了崩边、崩角问题并达到了良好的

倒角效果。

2021 年刘伟峰等人 [3] 利用感温胶

片作电容生坯的载板，将贴好感温胶

片的电容巴块以真空吸附固定在切割

机载台，由切割机自动对点切割，切割

完成后采用热离法，将感温薄膜加热

至发泡点，使其黏性丧失，电容芯片

随之轻松脱落。为了获得良好的切割

质量，还有很多重要因素要考虑，例

如切割机的高精度、电容瓷坯的配方、

感温胶片、切割刀片等。

相比于传统刀片切割方法，激光

微纳加工工艺以其独特的非接触式加

工模式脱颖而出，凭借其卓越的加工

精度、超高的生产效率以及极小的热

影响区域，成为了 MLCC 尺寸加工小

型化道路上的理想选择。本文深入探

讨了激光微纳加工技术在 MLCC 制备

中的应用，旨在通过技术革新，助力

电子产业迈向更加精细、高效的发展

新阶段。

实验方法

（1）实验装置

实验中所使用的激光器为绿光纳

秒激光器（型号为 NSGR40W，由安徽

华创光电科技有限公司生产），中心波

长 532nm，平均功率 40W，重复频率

40kHz，脉冲宽度 24ns。

振镜型号为 GalvoTech 10，入光

孔径 10mm，打标速度 8000mm/s，定

图1：实验装置光路图。

图2：样品及加工路径图。

第23页

工业激光专栏 Industrial Laser Column

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 21

色区域分布，这是激光加工过程中产

生的颗粒附着，可以通过后续高温烧

结去除掉。高温烧结后样品如图 5 所

示，可以看到表面干净光滑，无明显

黑色挂渣，证明黑色颗粒在高温条件

下会分解，不影响后续样品正常使用。

实验结论

本研究通过创新的激光微纳加工

工艺，成功实现了对超小型 MLCC 的

高精度切割。实验中采用的绿光纳秒

激光器和视觉定位系统相结合，实现

了对 1mm×0.5mm 矩形块的精确切割，

切割精度达到±10μm 以内。优化的切

割轨迹策略有效减少了热积累，改善了

切片边缘的直角形态，提高了加工效率

至每秒 10 个元件，最终通过后续高温

烧结处理可以得到干净光滑的成品。

这一工艺突破不仅提升了 MLCC

的生产效率，而且为其在高性能电子

设备中的应用提供了技术保障，展现

了激光微纳加工在现代电子制造中的

重要性和应用前景。

参考文献

1. 敬文平 . 多层陶瓷电容器的技术现

状及未来发展趋势 [J]. 大众标准

化 ,2023,(20):86-88.

2. 吴晓东 . 单层陶瓷电容器制备技术

研究 [D]. 电子科技大学 ,2011.

3. 刘伟峰 .01005 规格 MLCC 切

割质量影响因素电子工艺技术

[J].2021,42(02):110-112+124

位速度 20m/s。所用远心场镜焦距为

160mm，可加工幅面 100mm×100mm，

基于以上装置能够实现大幅面、重复

性切割。

实验装置光路图如图 1 所示。采

用绿光纳秒激光器和振镜加工平台，

通过视觉相机定位确定好样品位置。

平台含有间距相等的小孔阵列，可通

过供气系统吸附固定样品，保证样品

水平度良好。然后确定好加工路径，

改变工艺参数（如加工速度、切割次数、

激光功率等）进行样品切割。

（2）实验样品及加工路径

图 2 所示为多层陶瓷电容器膜片，

厚度为 0.52mm，分三层，正反面为

生瓷中间夹层银电极。样品上下两侧

窄边单线间距为 1mm，左右两侧宽边

单线间距为 0.5mm。加工方式为沿黑

色标识中心切割，上下左右对称切割，

按水平、垂直两方向切割，加工路径

如图 2 中白色虚线所示。

（3）实验结果

采用视觉定位结合切割图纸，完

成了对整个膜片样品的精密切割，得

到 1mm×0.5mm 膜片样品切片若干，

如图 3 所示。

以往加工过程中普遍存在切片拐

角热量累积，导致过度烧蚀的问题，

这一问题直接导致了切片边缘的直角

形态趋于圆滑，影响了产品的精密度

与性能稳定性。

后续实验通过优化加工轨迹，即

首先沿水平方向对样品进行初步加工，

确保每一层材料都能均匀且平稳地分

离；随后，再垂直于先前加工路径进

行二次切割，形成最终的切片轮廓。

每个相交点只重叠一次，这样减少了

加工路径相交处的热积累，优化了切

片的圆角问题，使得切片边缘的直角

保持得更加锐利，同时提高了加工效

率，切片加工效率可以达到 10 个 / 秒。

通过优化工艺参数，最终得出功

率 80%、加工速度 500mm/s、重复频

率 20kHz下，可以得到良好的加工效

果，样品切片如图 4 所示。

加工后的样品长边、短边误差均

可以保持在±10μm 以内。另外生瓷片

切片样品表面和端面照片都显示有黑

图3：MLCC膜片样品的低倍（a）和高倍图（b）。

图4：样品切片(a) 正面图(b) 侧端面图(c) 上端面图。

图5：高温烧结后的样品图。

第24页

Industrial Laser Column 工业激光专栏

22 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

SmartWeld+焊接头具备及时调整功率、焊缝形状等灵活性，实现了铜、镀锌铜、镀镍铜等薄片材料的精

密焊接。

文/Coherent高意

激光焊接

SmartWeld+ 焊接头轻松应对难焊材料的精

密焊接

生产自动化专家德国帝目

（Teamtechnik）公司，提供

从手动到全自动交钥匙系统

的所有产品，用于制造、组装和测试。

他们的专业知识涵盖了广泛的技术，

包括零件处理、各种测试方法和连接

过程，主要用于电动汽车行业。2019年，

一家手持式电动工具提供电池组的制

造商，委托 Teamtechnik 开发一种生

产焊接系统。

具体而言，Teamtechnik 的任务

是为焊接 11 个不同的接头提供自动化

解决方案。这些焊接任务涉及将各种

不同的材料焊接在一起。Teamtechnik

并没有激光焊接方面的专业知识，而

且客户还必须要求在短时间内开发出

许多工艺，因此 Teamtechnik 选择与

Coherent 高意合作，为其提供激光相

关的专业支持。

更智能的焊接方式

Coherent 高意团队拿到需要焊接

的材料样品后，经过一系列测试证明：

所有这些材料的焊接过程，都可以使

用 Coherent 高意 SmartWeld+ 加工头

与 1kW 单模光纤激光器（HighLight

FL1000CSM）成功完成。

SmartWeld+ 是 Coherent 高意专

门针对焊接应用开发的加工头，它采

用了先进的光束整形技术，包

括各种振荡模式。它能够在

焊接过程中精确地控制输送

的激光能量，这使得焊缝的

宽度、深度和熔深轮廓能够

得到精确控制。SmartWeld+

焊接头特别适用于焊接热敏

材料和不同的材料组合，如

焊接铜与铝或铜与钢。此外，

SmartWeld+ 还可以焊接高反

射性或挥发性材料，并且在减

少飞溅、孔隙和裂纹方面表现

出色。

焊接“困难材料”

SmartWeld+ 甚至可以加工那些

“难以焊接”的材料，即那些传统上与

激光焊接工艺兼容性不佳的材料。电

池组中使用的一些材料通常都属于这

一类。

例如，将 0.5mm 厚的镀锌铜焊接

到 1.0mm 厚的镀镍铜上（见图 1）。锌

的熔点较低，这在过去给激光焊接带

来了难题。特别是当达到熔化铜所需

要的温度时，锌就会大量混乱地起泡、

飞溅。这会导致成品焊缝中出现孔隙

和气孔。

这个零件需要在两端焊接。零件

的一端是平的，另一端则弯曲了 90°。

因为焊接条件差异很大，必须开发两

组单独的参数来优化每个焊缝。此外，

这个零件中间还嵌入了一个塑料件，

在焊接过程中不得加热这个塑料件。

SmartWeld+ 能够精确调节焊缝

形状的能力，在这项应用中发挥了重

要作用。这样，就可以创建一个足够

大的焊接点，以提供所需要的电气连

接和机械强度，而且不会过于靠近塑

料件。虽然零件的每一侧都使用了类

似的焊接路径，但它们的焊接方向不

同。Teamtechnik Poland 和 Coherent

高意的开发团队还发现，对于其中一

个焊缝，在零件之间存在一个很小间

图1：0.5mm厚的镀锌铜与1.0mm厚的镀镍铜焊接的焊缝横截面

图（上图）和俯视图（下图）。

第25页

工业激光专栏 Industrial Laser Column

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 23

将 0.3mm 厚的 SIGMACLAD 焊接到

1.0mm 厚的镀镍铜上（见图 3）。最终

用户成功安装设备并运行两年后，才

遇到问题。当时，材料供应商改变了

他们的配方，并且还引入了关于铜清洁

度的问题。这导致他们之前成功使用

的焊接工艺，现在会产生大量飞溅。

实践证明，在这种情况下，

SmartWeld+ 的灵活性特别有价值，特

别是它能够通过软件控制轻松改变焊

接参数，而无需对夹具硬件进行任何

更改。Coherent 高意的新一轮测试表

明，在此过程中实施激光功率调制可

以解决上述问题。

合作共赢

通过与 Coherent 高意开发团队合

作，使 Teamtechnik 能够专注于他们

最擅长的自动化领域。Teamtechnik

POLAND 的焊接技术专家 Maciej

Zaborowski 指出：“我们需要一个合作

伙伴，帮助我们按照客户规定的时间

和成本限制，开发所有这些激光焊接

工艺。特别是我们想找到具

有专业知识和设施的合作伙

伴来测试材料，并确定它们

是否可以全部采用激光焊

接，然后开发可在生产中使

用的特定工艺。”

“Coherent 高意满足了

所有这些要求。此外，我

们之间的合作在初步工艺

开发完成之后并没有结束。

Coherent 高意继续支持我

们，因为材料的变化在一

直运行良好的工艺中造成了

生产差异。我们找不到其

他激光供应商来承担这种

程度的工艺责任。”Maciej

Zaborowski 总结道。

隙的情况下，获得了最佳焊接结果。

对于这两个焊缝，焊接方案的一

个关键部分是动态功率调整。这为焊

接过程提供了稳定的熔池并能消除气

孔，同时还大大减少了飞溅。

灵活应对工艺变化

另一项焊缝需要将两块 0.3mm 厚

的 SIGMACLAD 连接在一起（见图 2）。

SIGMACLAD 是一种复合材料，专门

用于在锂离子电池组中进行电气连接。

SIGMACLAD 是一种由“镍 - 不锈钢 -

铜 -不锈钢 - 镍”组成的五层夹层结构。

这种组合比任何单一金属都具备更优

良的性能。具体而言，铜具有优异的

导电性和导热性（用于散热）；而不锈

钢层使材料更容易焊接，也能提高焊

接强度；外部镍层便于焊接，并具有

良好的耐腐蚀性。

SIGMACLAD 这种复合材料是专

门针对激光焊接工艺而设计的，因此

Teamtechnik 和 Coherent 高意开发团

队都没有预料到这种焊接会带来很大

的挑战。但是在实践中，他们

发现材料厚度变化、单层厚

度变化和较低的整体零件尺

寸公差，都会导致工艺偏差和

装配不一致。测试确定，为了

实现 100% 的焊接成功率，必

须使用夹具固定两个零件，并

且两个零件之间的间隙要保

持在 0.05mm 以下。

在这种情况下，整个

焊缝为 1mm×2.5mm。聚焦

光斑远小于这个尺寸，因此

SmartWeld+ 需要来回多次移

动光束，在每次扫描之间沿

垂直方向略微步进，以覆盖

整个区域。此外测试表明，

必须在移动时调制激光，否

则在扫描结束时会产生过多的飞溅。

即使在最终用户的工厂安装设备

并完成调试后，一些工艺也会发生更

改。因此，Coherent 高意应用小组继

续提供支持以应对这一问题。

例如，在一种焊接工艺中，需要

图 3：3mm厚的SIGMACLAD 与 1.0mm厚的镀镍铜焊接的焊缝横截

面图（上图）和俯视图（下图）。

图2：两个3mm厚的SIGMACLAD焊接在一起的焊缝横截面图

（上图）和俯视图（下图）。

第26页

Industrial Laser Column 工业激光专栏

24 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

创新性空间直出式蓝光-红外复合激光，有效解决了有色高反金属焊接难题。焊接过程无飞溅，焊缝表

面光滑平整，内部无气孔。

文/张伟，黄德才；广东霍耳激光科技有限公司

金属焊接

蓝光 - 红外复合激光

为有色高反金属焊接提供高质量解决方案

焊接技术自工业革命以来，始

终是制造业中不可或缺的核

心工艺之一。从最初的手工

焊接发展到如今的自动化激光焊接，

焊接方法的进步推动了汽车、航空航

天、电子设备及其他关键领域的快速

发展。然而，随着材料科学的进步和

产品设计的日益复杂，传统焊接技术

开始显露出其局限性，尤其是在处理

高反射金属（如铝和铜）时，焊接质

量和效率之间的矛盾愈发突出：现有

的激光焊接采用的激光通常为红外激

光，由于有色金属在固态下对红外激

光吸收率很低，在液态下吸收率会阶

跃上升，导致在焊接过程中出现焊接

不稳定、焊缝存在大量气孔和裂纹等

问题，影响整体产品的性能和可靠性。

同时，很高的反射性会使激光束在金

属表面产生大量回反光，影响焊接设

备的稳定性和寿命。

蓝光红外复合光源简介

在这种背景下，蓝光激光技术作

为一种新兴的焊接解决方案，展现出

了独特的优势：铜、金等有色金属对

蓝光激光（波长约为 450nm）的吸收

率大大高于对红外激光的吸收率（铜

对蓝光的吸收率是对红外激光吸收率

的 12 倍、金对蓝光的吸收率更是比红

外光高 60 倍）。更高的吸收率提升了

有色金属的可焊性，提高了焊接效率，

显著降低了能量损耗。图 1 为有色金

属在不同波长下的吸收率曲线。

更为重要的是，可以充分利用蓝

光本身的半导体激光特性，即光斑大、

能量密度低的优势。通过空间直出的

方式，将蓝光与红外激光复合起来，

形成外圈为吸收率高、能量密度低的

蓝光大光斑，用于焊缝预热和缓冷；

内圈为吸收率低、能量密度高的红外

激光小光斑，对材料进行深熔焊接（见

图 2）。

蓝光450nm

波长(nm)

红外1070nm

图 1：有色金属在不同波长下的吸收率曲线。

图2：蓝光-红外复合激光的光斑示意图。

第27页

工业激光专栏 Industrial Laser Column

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn Nov/ Dec 2024 25

强度（见图 4）。

（2）对气孔极为敏感的水冷板类

焊接

如果焊接部位存在气孔，那么经

过一段较长时间的使用后，水或其他

冷媒会渗进气孔中。轻则影响冷却效

果，导致系统性能下降。重则引发系

统故障，造成设备停机，增加维修和

更换成本。甚至还可能造成安全隐患，

尤其是在高压或高温环境下。

如图 5 右侧的焊缝金相检测图显

示，利用复合激光焊接水冷板后的焊

缝熔深为 1mm 左右，内部无气孔。

复合光源的优势

这种空间输出的复合激光产品具

有两大优势：

一、焊接表现优异

（1）焊接过程稳定，金属焊缝成

型好

外圈的前部蓝光激光在光束行进

的过程中，起到快速预热的作用。在

材料表面形成较浅的表层熔池，规避

了红外激光从固态有色金属到形成液

态后，吸收率的突变过程。同时，后

部蓝光激光起到了缓冷保温的作用。

这使得熔池的温度场始终保持稳定，

形成无咬边、无凸凹的光滑平整焊缝。

（2）热影响区小

在蓝光激光承担预热，即对抗焊

缝周边散热的任务后，红外激光只负

责熔化已经处于高温的焊缝，快速形

成深熔池。从而大幅降低了焊接过程

中的热输入，使得热影响区极低。

（3）飞溅少，气孔率低

复合激光束的外圈蓝光扩大了整

个熔池的开口，加上稳定的熔池温度场，

使得焊缝内部的气体能够顺利排出。极

少有飞溅物，焊缝内部的气孔率低。

二、设备可靠性高

目前蓝光激光输出方式主要有两

种：光纤输出和空间输出。相较于光

纤输出的技术路线，广东霍耳激光推

出的空间输出蓝光激光方案（见图 3），

避免了光纤长时间工作在短波长情况

下，发生损伤从而产生激光功率衰减

的风险，设备可靠性高。

工艺调优后的工业应用案例

为了适应金属激光焊接中不同的

焊接方式、不同的材料成分、不同的

材料尺寸以及不一样的焊接要求，复

合激光的蓝光和红外激光功率均为独

立可调，可以自由获得不同的功率比。

此外，内圈的红外激光摆动方式也可

以根据不同的需求做调整。通过不断

地调优激光工艺参数，使其能够满足

目前多个领域的有色金属焊接需求。

（1）对热输入极为敏感的 IGBT

类焊接

在将探针焊接到陶瓷基板时，需

严格控制热输入，避免因过热导致陶

瓷基板的热损伤或裂纹，同时还要保

证焊接后连接部位的电气性能和机械

图3：蓝光-红外复合激光实物示意图。

图4：复合激光在IGBT领域的应用。

图5：复合激光用于水冷板焊接，左图为外观图，右图为焊缝金相检测图。

图6：复合激光用于厚铜焊接，左图为厚度测量图，右图为焊缝外观图。

第28页

Industrial Laser Column 工业激光专栏

26 Nov/ Dec 2024 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界

图7：复合激光焊接异种金属，左图为紫铜-不锈钢的焊接外观图，右图为焊缝金相检测图。

（3）厚铜类焊接

如前文所说，复合激光的蓝光和

红外功率均为可调。因此，面对焊接

厚度要求较大的应用，可以在提高蓝

光和红外激光功率的同时，依旧保持

合适的功率比，完成焊接。从图 6 右

侧的外观图中可以看出，焊缝表面肉

眼可见的光滑平整。

（4）异种金属焊接

得益于蓝光 - 红外复合激光在有

色金属焊接方面的优异表现，通过调

整激光功率比和摆动方式以及焊接速

度、光斑偏移等工艺参数，复合激光

在铜等有色金属与不锈钢的异种金属

焊接方面，依旧表现出色。从图 7 中

可以看出，铜与不锈钢形成了具有一定

熔深的、外观光滑平整的焊缝。

结语

空间直出式蓝光 - 红外复合激光

基于底层物理核心原理，同时配合工艺

参数的调整优化，能够极大地满足目

前有色高反金属领域的焊接需求。

意大利金属增材制造解决方案提

供商 Prima Additive，在 11月19-22日

在德国法兰克福举行的 Formnext 2024

展会上，展示了其在激光粉末床熔融

（LPBF）和定向能沉积（DED）领域的

《激光世界》2024年11/12月刊电子书阅览

《激光世界》2024年11/12月刊电子书阅览

产品服务

关于我们

网络条款

其他