图1 德国弗劳恩霍夫激光技术研究所所长Reinhart Poprawe，一直在为他的数字光子生产愿景而努力工作。（来源：弗劳恩霍夫ILT）

你还记那些复杂的超快激光器装置和很难对准的研究系统吗？然而在过去的二十年中，超快激光技术取得了令人难以置信的进展。正如Amplitude Systèmes公司总裁兼CEO Eric Mottay在今年的UKP研讨会上所言，超快激光器的输出功率已经增长了1000倍，最为重要的是，它们已经演变成了更加易于使用的工业级一体机。现在是时候可以把它们集成到各种机器中了。

在德国亚琛举办的UKP研讨会是一个小型专家会议，专注于探讨超快激光器的工业应用。UKP是德语“Ultrakurzpuls”的缩写，即超短脉冲。UKP研讨会每两年举办一次，2019年的会议吸引了来自14个国家的170名参与者。为期两天的会议，主要探讨超快激光技术的最新发展及应用。

有人可能会认为，关于超快激光器的所有问题早已讨论过，但是去年，弗劳恩霍夫学会的研究人员宣布了他们的卓越集群“先进光子源”——它可能是一个颠覆性的项目。正如该项目的一位发言人Dieter Hoffmann所证实的那样，他们希望将超快激光器的功率提高到目前用于切割和焊接的连续波（CW）激光器的水平。换句话说就是，超快激光器将走向宏观加工领域！

在这件事上，他们是认真的。他们从光纤激光器系统中产生3.5 kW的功率输出后，最近又从板条激光系统中产生了功率500 W、脉宽30 fs的输出。研究人员希望在今年晚些时候在德国亚琛和耶拿建立两个应用实验室，用他们的多千瓦级激光器测试新的工艺技术。

UKP研讨会只是简单地谈到了哪些应用真正需要功率达数千瓦的超快激光。目前已经有了第一批应用，这些应用显然可以很好地通过高功率超快激光器来实现。

激光机床公司Schepers的Stephan Brüning举了一个例子。他使用一台500 W的超快激光器来处理印刷滚筒。几年前，他使用四个单独的激光器来提高效率；但现在，他利用新系统将单一的高功率光束分成了16个光束，每个光束都由声光调制器控制。对于1:16的分束，他使用的是衍射光学元件。同样，弗劳恩霍夫ILT的Oskar Hofmann也已经使用相同的技术，从一个光源中产生了近200个相同的光束。这里的主要挑战是在不引入空间畸变的情况下，使所有这些光束通过光学元件。

用于数字生产系统的超快激光器

弗劳恩霍夫激光技术研究所所长Reinhart Poprawe，始终为他的数字光子生产愿景而努力工作。他经常说，激光是全数字化工作流程的完美工具。但是对于超快激光来说，这种说法还现实吗？

EWAG AG公司的Claus Dold举了一个例子——用超快激光制造硬质合金钻头和金刚石钻头。他使用的机器是全自动化的，只需要提供钻头的几何数据。机器自己会选择合适的激光参数，并产生出一套钻头。对于直径在0.5~3mm之间的钻头，激光加工的效率高于其他工艺。作为一个全数字系统，它正准备登上全球市场这一更大的舞台。

即使这样的系统证明了用超快激光器高效生产的可行性，但仍然存在许多挑战正在解决。可喜的是，用于高重复频率或大量光束的扫描技术正在迅速提升；通过分离微观和宏观水平，模拟工具得到了改进；甚至用于传输超快激光的光纤现在也可以使用了。

然而，制造一台使用超快激光器的机器，需要非常详细的激光与物质相互作用的知识。除了激光束保护之外，还有一个新的安全问题随之出现，即超快脉冲撞击金属会产生有规律的离子辐射。

图2 2019年的UKP研讨会是在德国亚琛的一个足球队的休息室举办的，但是本次活动已经超出了休息室的范围，预计2021年4月21-22日举办的下一次UKP研讨会，很可能会移师到更大的场所。（来源：弗劳恩霍夫ILT）