激光科技

高端激光焊接的终极解题思路：重构激光与材料交互底层逻辑

Fri, 07 Aug 2026 20:06:09 +0800

当前，中国制造加速向高精度、智能化、数字化高端智造跃迁，新能源、半导体、航空航天、精密五金等核心领域迭代提速，新材料、新结构、新工艺层出不穷，对激光焊接的精度、稳定性、适配性提出了前所未有的严苛要求。作为先进制造的核心基础工艺，激光焊接已然成为高端精密制造的关键支撑，产业规模持续扩容，但与此同时，传统激光焊接的技术瓶颈愈发凸显，固化的光斑形态、单一的能量输出模式，早已无法适配多材质、高精度、高速化的复杂生产需求，工艺短板逐渐成为制约高端制造升级的关键卡点。

在此产业变革背景下，创鑫激光重磅推出紫笛数字光斑工艺技术，以颠覆性底层技术创新，彻底打破传统激光光斑形态固定、能量分布单一的焊接局限性，实现光斑形态、能量密度、作用范围的智能化精准调控。区别于以往利用振镜或相干激光实现模式的劣性技术路径，该技术从全新维度拓宽激光焊接应用边界，其底层创新逻辑与早前华为在半导体领域提出的“韬定律”异曲同工，以基础技术重构解锁行业全新发展空间。

行业困局：

传统激光焊接为何始终难以突破工艺天花板？

传统激光焊接之所以长期受困于精度不足、飞溅气孔、薄板变形、厚板熔深浅及高反材料难加工等顽疾，其本质在于激光能量分布的“不可控”与材料热物理特性的“差异化”之间的矛盾。

常规激光器输出的光斑多为固定形态（如单一的高斯光斑或环形光斑），能量分布极其固化。这就好比在焊接时，无论面对的是极薄的铝材、高反的紫铜，还是物理性质迥异的异种金属，都只能用同样的力道去“蛮力”作用。结果必然导致薄板因热输入过大而烧穿变形，厚板因能量密度不足造成熔深不够，高反材料则因吸收率低而引发大量飞溅与气孔。

长期以来，行业针对各类焊接问题的优化方案，均受限于传统光束调控的技术框架，无法从根源上解决能量与材料适配性不足的核心矛盾。

不同材料对激光的吸收、反射、透射特性存在显著差异，同时各类材料的热传导系数、热膨胀系数等热物理参数也各不相同，尤其在异种材料组合焊接场景中，参数差异带来的焊接难度大幅提升，对激光能量调控精度和焊接工艺的适配性要求更为严苛。

当激光焊接的能量分布与材料特性不匹配时，会引发多重层级的质量问题：表层会出现焊接飞溅、表面氧化、焊缝凹凸不平等外观缺陷；焊缝内部则容易产生气孔、微裂纹、晶相分布紊乱、应力分布不均等结构性问题。这些缺陷会直接损害焊接接头的几何成型精度、力学性能与耐腐蚀性能，大幅降低产品焊接质量与使用寿命。

由此可见，精准调控激光能量在材料表面的作用分布，是解决传统激光焊接各类痛点的关键核心。同时也印证了激光焊接工艺具备高度定制化的特性，想要适配不同产品、不同材料的差异化焊接需求，彻底破解传统焊接技术瓶颈，实现光斑可控化是必不可少的核心技术突破。

技术颠覆：

把“蛮力砍刀”升级为像素级“数字光刀”

紫笛数字光斑技术的颠覆性就在于，它从物理底层重构了激光与材料的交互逻辑，将激光光束从一把不可控的“大砍刀”进化为了像素级精准操控的“数字光刀”。依托自研工艺控制系统，紫笛数字光斑工艺技术可将原本一体化输出的光斑进行网格化离散，实现了每个“像素光点”的独立控制，针对不同材料、不同焊接难题精准施策。

对于薄板及热敏感材料，焊接成败的关键在于极低且均匀的热输入控制。紫笛不仅能将光斑形态自适应拉长或改变，更能通过离散化的能量排布，让光斑边缘的能量渐次递减，避免局部能量过高。这就相当于将一块烧红的烙铁，瞬间变成一排温顺细密的“火焰针尖”，在确保母材熔合的前提下，极大缩小了热影响区，从根本上抑制了薄板因热应力引发的翘曲与变形。

▲不锈钢动态光斑演示

紫铜、铝合金等高反材料焊接是行业公认的硬骨头。传统做法通常靠盲目堆砌激光功率来对抗高反射率，但这只会加剧飞溅和熔池震荡。紫笛数字光斑则转向对能量的“时空域双重编程”：在时间维度上，它可通过占空比和频率的独立调节，对熔池施加高频微扰，破碎粗大晶粒并排出气泡，这是消除内部气孔与微裂纹的“内功”；在空间维度上，它能针对紫铜的导热特性，调配出中心预热、边缘强化的复合光斑形态，大幅提升激光吸收率。在100mm/s的高速焊接下，紫笛能维持熔池稳定，做到无飞溅、焊缝均匀，这正是光斑能量被精密驯服后，材料吸收率大幅提升的直接佐证。

▲T2紫铜拼焊

异种金属（如不锈钢与紫铜）拼焊时，巨大的熔点、导热率和热膨胀系数差异，极易导致未熔合或应力裂纹。过去，这种高难度任务往往需要专门系统商开发复杂的相干激光系统。紫笛的厉害之处在于，它实现了真正的实时同步编辑。操作者可根据焊缝位置，在焊接过程中动态调整光斑的能量分布与形态。在铜一侧施以高能脉冲增强浸润，在不锈钢一侧保持适中的能量输入防止过热。这种“边焊边调”的智能控制，像一名高明的调酒师，在毫秒间平衡了完全不同的冶金需求，使得紫铜与不锈钢的拼焊焊痕不仅成型美观，且机械性能极其可靠。

▲304不锈钢-T2紫铜拼焊

紫笛数字光斑并非简单的光斑整形，而是通过光纤阵列对激光进行了“基因级”的数字化重构，用像素级的精准控制，弥合了传统激光能量分布与复杂材料特性之间的鸿沟，解决了传统焊接精度不足、成型差、厚板熔深浅、薄板易变形等行业共性难题。它标志着激光焊接将告别依赖老师傅经验调试的“工匠时代”，迈入可量化、可编程、可精准复刻的“数字科学”时代。

半导体激光器

Fri, 07 Aug 2026 19:55:09 +0800

半导体激光器

某宝上随便一搜“激光笔”，就会有很多样式，价格又便宜的产品供你选择。这种“激光笔”就是一种半导体激光器。

激光是基于受激辐射放大原理而发出的，具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光。

半导体激光器又称激光二极管（LD），是采用某些特定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。半导体激光器的激励方式主要有：电注入式，光泵式和高能电子束激励式。应用最广的就是电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。

半导体激光器是一种特殊的PN结，也遵循PN结的一些基本特性。比如电流对电压的变化特别敏感，呈现指数关系。一点微小的电压变化，都会引起导通电流的巨大变化，进而有可能损坏器件，所以半导体激光器都采用的是恒流供电。

多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。但是，由于半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，为了追求超高亮度，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A。

半导体激光器必须使用恒流驱动（CC）‌电源，严禁恒压驱动，因为微小电流波动会导致光功率剧烈变化进而使器件损坏。所以它的驱动电源必须使用‌低噪声纹波、高稳定度的恒流源‌，一般要求‌电流稳定度≤10⁻³（科研级甚至高达 10⁻⁶）、纹波系数<0.1%、能抑制高频尖峰和瞬态脉冲>

英特罗克的恒流电源就具备很高的电流精度和稳定性，特别适用于这种对电流敏感的场合。

半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激发，然后在1970年实现室温下连续输出。现在已经广泛应用于光纤通信、激光雷达、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是目前市面上生产量最大的激光器。

用于焊接的激光器种类和特点

Tue, 04 Aug 2026 21:28:47 +0800

激光的种类和特点

实际用于材料处理的工业激光器经由众多研究者和激光工程师的努力发展而成。市面上见到的各类激光器的名称一般由激光器的发射或振荡介质、形状、波长或者脉冲宽度等特性来区分。表1.2给出了常见的激光器称呼和相应的各自特点。激光器通常按照气体、液体和固体的形态来分类，其中固体激光器相对来说比较容易使用。特别地，YAG激光器输出波长为1.06μm的激光，半导体激光器的波长为0.5~2.2μm 的激光，碟片激光器的波长为1.03μm的激光器，光纤激光器的波长为1.07μm的激光。这些激光都能通过光纤来传输，传输距离可以从数米到200米。

表1.2 焊接或连接用激光器的名称和特点。

高功率激光输出首先在CO₂激光器上实现，然后是YAG激光器。随后，准分子激光器，比如XeCl（308 nm），KrF（248 nm），ArF（193 nm）等，也被研发出来，但它们主要用于在塑料和玻璃上钻孔等工作，而很少用于焊接。接着，高功率半导体激光器，其输出波长在 0.8~1.1μm，作为材料处理的热源也走出了实验室，业界冠以 DDL (Direct Diode Laser) 和 HPDDL (High-Power Direct Diode Laser)的名字。进一步，高光束质量、高功率半导体激光器就被用作了碟片和光纤激光器的泵浦源。在21世纪初，高功率、高光束质量、高效率的碟片和光纤激光器双双露面，迅速被广泛应用在材料焊接和切割中。近年来，超短脉冲激光器如皮秒和飞秒激光器，基于YAG，碟片以及基于光纤激光器二次谐波的绿光激光器，还有蓝光半导体激光器被相续开发面世。超短脉冲激光起初主要用在玻璃上钻孔，进而在玻璃的搭接上找到了应用场景。由于铜材和金材上的高吸收率，绿光和蓝光有望在铜板或铜箔的焊接上获得应用。

1.4 CO₂激光器（二氧化碳激光器）

CO₂激光器的腔体内通常充CO₂，N₂，He 和CO四种气体的混合气体。这些气体在0.1个大气压或更低些的气压下发生辉光电离。CO₂激光器的跃迁能级见图1.4，10.6μm波长的激光由O-C-O分子键间的非对称振动上能级跃迁到对称振动的下能级而成。N₂气体分子可以有效提升位于CO₂上能级的粒子数。He气体分子有助于稳定辉光电离以保持激光的稳定输出。配比合适的CO气体可以减少激光能量损耗和抑制非稳态电离。H₂O或者水汽应严格过滤掉以防激光功率的损失。另外，通过选择合适波长特性的反射镜和输出镜，在振荡带边缘的9.6μm波长激光也可以实现输出。9.6μm波长的激光通常工作在脉冲状态，主要用在电路板上钻孔。

图1.4 CO₂激光的能级结构。

CO₂激光器的材料加工过程如图1.5所绘。由谐振腔出来的激光束由反射镜和聚焦镜在自由空间中偏转方向并聚集到一个非常小的光斑，得以产生高能量密度或者高功率密度的加热源。根据激光出射、气体流动、放电的方向和特点，CO₂激光器的谐振腔被分为封离式、慢速气流的轴横流或高速气流轴快流、2-/3-轴正交型等几种类型。CO₂激光器可以工作在连续或脉冲模式。激光束的功率空间分布可以是高斯型、低阶多模、高阶多模或环形光斑等。高峰值功率的脉冲激光器主要用于钻孔，而高平均功率的连续波激光器主要用于焊接和切割。就CO₂激光器而言，ZnSe材料常用于透明窗口片和聚焦透镜。在实际应用中，有一点需要特别注意，这就是“热透镜效应”。当高功率激光束通过聚焦透镜时，由于激光功率的空间分布不均匀，因而透镜吸收激光导致的温升也不相同，从而透镜的焦距会向前漂移。

图1.5 CO₂激光加工设备的组成。

更高功率的CO₂激光器技术已经成熟，10~45 kW功率级的激光器已经开始商用化。在功率超过10 kW的焊接中，保护性氦气用于抑制等离子体的形成，另一方面，氩气由于易于产生等离子体，因而保护性氩气可以得到较浅的熔深。用2~4 kW的CO₂激光器和氩气保护进行铝合金的焊接时，氩等离子体有时会加速铝合金的融化和焊接成型。数千瓦级CO₂激光器已经成功应用于滑轮、马达机芯、齿轮等零件的焊接、薄钢板的拼焊、汽车制造中组件的远程焊接，以及航空飞机铝合金蒙皮与肋骨的焊接、船舶制造和钢铁工业中的厚钢板焊接等。近几年，这些焊接任务逐渐被光纤、碟片和半导体激光器所取代。

用于焊接的激光器种类和特点

Tue, 04 Aug 2026 21:28:02 +0800

1.1 激光基础知识

激光是二十世纪重大科技发明之一，其名称来源于英文“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”（Laser）的意译，指通过受激辐射实现光的放大。钱学森先生根据其物理本质将其命名为“激光”。激光的理论基础最早可追溯至1917年爱因斯坦提出的受激辐射概念。在1958年，美国物理学家汤斯与他的学生肖洛阐述了利用受激辐射实现光放大的理论方案，并研制出了第一台氨分子振荡器，这为后续激光技术的发展奠定了关键性的理论和实践基础。两年后梅曼成功研制出了世界上第一台红宝石激光器，产生了人类历史上的第一束激光，标志着激光技术正式从理论走向现实。

如表1.1所示，激光具备普通光源无法比拟的高方向性、高功率密度度、高单色性以及高相干性等特点。激光能够提供瞬时的高能量，借助透镜和反射镜可将激光束聚焦于一个极小的光斑，从而获得极高的功率密度，成为一种极端高效的加热源。它能够加热、熔化甚至气化金属、陶瓷、塑料等材料，尤其适合对于通常难以用常规手段进行加工的脆硬材。自其问世以来，激光与原子能、半导体以及计算机并列为20世纪影响最为深远的科技成就。

表1.1激光的特性。

激光束在真空或者大气环境中可以无损耗的传输，从而可以远距离地、无接触的加工任何材料，乃至大尺寸结构的器件。激光可以加工处理塑料或玻璃等透明材料，并且可以深入到透明材料的内部。对于磁性材料的加工，不同于电子束加工，激光加工不会受到影响。短波长的激光束由于用于较高的光子能量，可以用来离解或电离原子和分子而引入材料的光化学反应。由此，短波长的激光被应用于钻孔和光化学加工。更进一步，短波长激光或超短脉冲激光和超高峰值功率激光对材料产生的销蚀作用，而不会产生融化和气化等热效应。

利用以上激光的特点，激光被用于各类的工业材料处理领域，比如焊接、钎焊、填料焊、钻孔、切割、打标、清洗、熔覆、增材和3D打印、基于马氏体相变的淬火等。特别地，激光焊接已被广泛接受为一种重要的材料处理方式。

1.2 激光产生的原理

在原子或分子系统的能级跃迁过程中，能级是激光辐射中的一个重要概念。对于激光与原子、离子或分子等微小系统的相互作用，可由吸收、荧光或自发辐射、受激辐射三个不同的过程来说明。光与原子态或能级间的相互作用关系如图1.1所示。在吸收过程中，一个处于低能级的原子吸收光子能量（ε= hν；其中ε是光子能量，h是普朗克常数，ν是光波的频率）而跃升到较高的能级上。在荧光或自发辐射过程中，一个处于上能级的原子将自发衰减到低能级（注：如果这个较高的能级是一个亚稳态能级，在激光受激发射过程中，将能够聚集足够多的原子处于该能级上，因此，该能级通常被称为激光上能级。相应地，激光受激发射过程中的低能级被称为激光下能级），并发射一个光子。其光子频率近似于两个能级间的能量差。在受激辐射过程中，一个处于上能级的原子遇到一个入射光子。若该光子的频率恰好与原子跃迁能级间的能量差相匹配，则原子与光子发生耦合作用：原子发射出一个与入射光子频率相同的新光子，同时自身跃迁到下能级。其结果是由一个光子变为两个光子，且这两个光子的频率、方向、相位均相同，因此入射光的强度被放大。这一过程正是激光辐射产生的根本原理。

图1.1吸收，自发辐射（荧光）和受激辐射。

实际上，激光辐射要求不少于三个能级的能量系统和一个不少于两个光学反射镜的光学谐振体或谐振腔。图1.2描述了一个与激光辐射相关的四能级系统。处于基态的粒子（如原子或电子）在外界泵浦源（如光、等离子体或电子束等）的作用下，被激发或泵浦到高能级。这些被激发的粒子随即通过无辐射弛豫过程跃迁到上能级；类似地，位于下能级的粒子也通过无辐射过程迅速跃迁回基态。最终，在上能级和下能级间形成了粒子数反转，并发射出与能量差E₂-E₁相匹配频率的激光。

图1.2四能级系统的能级关系。

光被反射镜来回反射多次，每次通过激活介质时，都由受激发射过程而被放大。图1.3 描绘了一个固体激光棒中的激发和受激辐射过程，其中谐振腔由两个反射镜构成。初始的未激发介质被光泵浦到激发态，然后产生自发辐射或荧光，并进一步演化成受激发射。受激发射的光子在全反镜（100%或99% 发射率，例如1%被用来监测激光功率）和部分反射镜（如,反射率50%）之间往返穿梭，光子密度因此不断提升，而最终由部分反射镜的一端输出激光束。

图1.3 两镜腔中固体激光介质的受激发射过程。

简而言之，激光的产生离不开不少于三个能级的系统和至少两片反射镜组成的谐振腔。

激光器的分类

Mon, 27 Jul 2026 06:54:04 +0800

激光器可以按照增益介质、时域工作方式和输出波长三个维度进行分类。

1.按工作物质分类

这是最常见也最直观的分类方式——用什么材料产生激光，就叫什么激光器。

固体激光器：增益介质为掺杂了激活离子的晶体或玻璃（如Nd:YAG、红宝石、钛蓝宝石等）。特点为能量高、峰值功率大、结构紧凑，广泛应用于工业切割/焊接、医疗、科研等领域。

气体激光器：增益介质为气体或蒸气（如CO2、He-Ne、Ar+、准分子等）。特点为光束质量好、单色性好、波长覆盖广，广泛应用于工业切割/雕刻、精密测量、医疗等。

染料激光器（液体激光器）：增益介质为有机染料溶液。特点为波长连续可调，主要用于科研、光谱分析等，目前已部分被固体可调谐激光器替代。

半导体激光器（激光二极管）：增益介质为半导体材料（如GaAs、InP等）。特点为体积小、效率高、寿命长，广泛应用于光纤通信、激光打印、消费电子（如激光笔、人脸识别）等。

光纤激光器：增益介质为掺杂稀土元素（如镱、铒）的石英光纤。特点为光束质量极高、散热好、效率高，是工业金属加工（如切割、焊接）的主流。

2.按时域工作方式分类

激光器是"持续输出"还是"一波一波地发"，决定了它的应用场景截然不同。

连续激光器（CW）：能够持续、稳定地输出激光，热效应较大。适用于切割、焊接、照明、光通信等需要恒功率的场景。

脉冲激光器：能量以脉冲形式释放，峰值功率高，热效应小。适用于精密微加工、打标、打孔、医疗（如调Q激光、锁模超短脉冲激光）等。

依脉宽还可细分为毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器——脉宽越短，加工精度就越高。

3.按输出波长分类

涵盖红外、可见光、紫外、深紫外激光器；激光的波长决定了它"能干什么"。波长越短，光子能量越高，能处理的工艺就越精密。

红外激光器：输出波长位于红外波段（如CO₂激光10.6μm、光纤激光1.06μm），穿透力强，适用于材料加工、通信、测距和传感等领域。

可见光激光器：输出波长处于人肉眼可见光范围（如He-Ne红光、绿光、蓝光）。直观易调，适用于激光指示、测距、显示、部分医疗。

紫外激光器：紫外激光器的波长比可见光更短（如固体紫外355nm），光子能量更高，可实现“低热影响加工”（热影响较小），适用于精密微电子加工、芯片制造和部分医疗领域。

深紫外激光器：工程和科研领域常将约100nm-300 nm的波段称为深紫外。由于该波段的光子能量极高（如193nm光子能量达6.4eV），能够直接打断材料分子化学键，使其在高端制造和前沿科研中具有不可替代的作用。

什么是激光器，激光器究竟是如何产生激光的？

Mon, 27 Jul 2026 06:50:49 +0800

激光器（Laser），全称为“受激辐射光放大器”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），就是制造并输出激光的装置。要让激光器源源不断地产生相干光，其内部必须具备三大核心部件，缺一不可：

01工作物质（增益介质）

提供产生受激辐射并实现光放大的物质基础，决定了输出激光的波长。常见介质包括固体（如红宝石、Nd:YAG晶体）、气体（如CO₂、He-Ne）、半导体（如GaAs）和液体（如染料）等。

02泵浦源（能量输入）

为激光器提供初始能量，用于激发增益介质实现粒子数反转。常见的泵浦方式包括：

光泵浦：使用闪光灯、弧光灯或另一台激光器等光源照射增益介质（常见于固体、染料激光器）。

电泵浦：通过电流注入（常见于半导体激光器）或气体放电（常见于气体激光器）直接激发增益介质。

03光学谐振腔

这是光子的“放大器”，由增益介质两端的两块反射镜（一块全反镜、一块输出反镜）构成，让光在腔内来回反射、不断放大，最终通过部分透射镜输出激光。

天津大学|基于光谱诊断的钛合金激光焊接熔深在线检测与无模型自适应控制

Sun, 26 Apr 2026 21:05:53 +0800

来天津大学的研究员在Mechanical Systems and Signal Processing期刊上发表文章Online detection and model-free adaptive control of titanium alloy laser welding penetration depth based on spectral diagnosis。

论文导读

钛合金因超高比强度成为航空、高端装备领域的关键结构材料，但其在激光焊接过程中易出现等离子体波动、熔深不稳定与热裂纹等问题，传统连续激光焊接及电弧复合焊均难以实现高精度、低缺陷的稳定成形，常规闭环控制也难以解决实时性不足、模型依赖强的问题。基于光谱特征的无模型自适应焊接因热输入精准、调控响应快，成为解决该问题的潜在技术，但钛合金激光焊接中光谱特征演化规律、熔深动态响应机制仍不明确。针对这一空白，本文通过变参数激光焊接实验表征焊缝典型微观组织与等离子体光谱特征，基于光谱信号构建熔深在线量化方法，探究熔深稳定性、裂纹敏感性与焊接参数的内在关联，并采用光谱驱动的无模型控制器实现高质量焊接，同时测试接头力学性能与成形质量，为钛合金高性能激光焊接提供理论与实验支撑。

Laser & Electron Beam Processing

全文概述

本文针对钛合金脉冲激光焊接过程中熔深难以在线检测、热耗散条件变化易导致熔深波动、传统控制方法精度不足等关键问题，以光谱诊断与无模型自适应控制为技术手段，开展熔深在线检测与闭环控制研究。论文搭建了等离子体光谱采集与脉冲激光焊接实验平台，通过多组变速焊接实验获取光谱信号与熔深对应数据，对比 t-SNE、UMAP 等降维方法对光谱特征的提取效果，并构建 BP 神经网络预测熔深；同时选取Ti I 503.995 nm/Ti I 586.919 nm光谱强度比 R3 作为表征量，基于 Hammerstein 模型与粒子群算法辨识系统动态特性，设计无模型自适应控制器实现熔深稳定控制。结果表明：UMAP 降维后的光谱特征预测精度最高（R²=0.982），光谱强度比 R3 与熔深呈显著负相关，可实现熔深实时表征；所设计的 MFAC 控制器调节时间短、超调量小，在变热耗散条件下，87.3%的焊缝熔深稳定控制在2.20±0.15 mm范围内，标准差仅 0.0986。该研究实现了钛合金激光焊接熔深的在线检测与稳定控制，为航空航天领域复杂构件激光焊接质量精准调控提供了有效方法。

Laser & Electron Beam Processing

图文解析

图1为脉冲激光焊接过程的光谱数据采集与数值模拟图，展示了不同焊接速度下Ti I 503.995 nm特征谱线的强度变化曲线，以及脉冲作用下焊缝区域的温度场演化过程。结果表明，光谱强度随焊接速度呈现非线性变化，速度升高使热输入降低，等离子体激发粒子减少，谱线强度先下降；随速度进一步提高，焊缝深宽比增大，信号采集位置更靠近等离子体核心，强度转而上升。

图1.脉冲激光焊接过程的光谱数据采集与数值模拟。

图2为焊缝熔深提取示意图，展示了钛合金脉冲激光焊接后，从焊缝金相纵截面制备、灰度变换、二值化处理、边缘提取的方法，清晰地分辨母材与焊缝熔合区域，精准识别熔深边界并完成熔深数值的自动测量与标定。

图2.焊缝熔深提取示意图。

图3为不同方法处理数据的相关系数图，展示了t-SNE降维、UMAP降维、光谱强度比R3三种方法提取的特征与熔深之间的相关系数大小。结果表明，Ti I 503.995 nm/Ti I 586.919 nm光谱强度比R3与熔深的相关性最高，相关系数达−0.886，远优于t-SNE和UMAP两种非线性降维方法。这说明光谱强度比对熔深变化最敏感、表征能力最强，可作为熔深在线检测与无模型自适应控制的核心特征。

图3.不同方法处理数据的相关系数图：(a)t-SNE降维处理数据的相关系数；(b)UMAP降维处理数据的相关系数；(c)光谱强度比的相关系数。

图4为不同光谱谱线随焊接速度变化的趋势示意图，展示了Ti I 503.995 nm和Ti I 586.919 nm两条特征谱线的激发能级、等离子体形态及信号采集位置随焊接速度的变化规律。结果表明，两条谱线的激发特性与能量层级存在差异，导致其强度随速度变化趋势不同，进而使强度比呈现稳定单调性。

图4. 不同光谱谱线随焊接速度变化的趋势。

总结

本文针对钛合金脉冲激光焊接熔深波动与在线检测难题，开展了基于光谱诊断的熔深在线检测与无模型自适应控制研究。通过采集等离子体光谱信号，对比 t-SNE、UMAP 降维特征与光谱强度比的表征效果，发现 Ti I 503.995 nm/Ti I 586.919 nm 强度比 R3 与熔深高度相关，相关系数达−0.886，可实现精准表征。基于该光谱特征构建无模型自适应控制系统，结合 Hammerstein 模型与粒子群算法完成参数优化。仿真与试验结果表明，控制系统响应快、超调量小，在变散热条件下仍能将 87.3% 的焊缝熔深稳定控制在 2.20±0.15 mm 范围内。研究实现了钛合金激光焊接熔深的实时监测与稳定控制，为高端装备焊接质量闭环调控提供了有效技术方案。

Laser & Electron Beam Processing

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2026.114091

爱鸥光学|智能稳定激光器系列——双波长飞秒激光器

Sun, 26 Apr 2026 20:59:11 +0800

在半导体封装技术从“硅基”向“玻璃基”跃迁的浪潮中，TGV（玻璃通孔）技术正成为连接微观世界的核心桥梁。无论是先进封装还是下一代显示技术，对玻璃基板进行高精度、高深宽比的打孔，已成为行业公认的工艺难题。

面对这一挑战，爱鸥光学ISL-DW系列双波长飞秒激光器凭借其独创的智能主动稳定系统与灵活的波长选择，正在为TGV加工提供全新的解决方案。

单脉冲能量稳定性是关键

如果说飞秒激光是TGV打孔的“手术刀”，那么脉冲能量的稳定性就是这把刀的“手感”与“节奏”。想象一下：医生做显微手术时，如果手术刀忽轻忽重，后果不堪设想。同样，在微米级的玻璃上打孔，能量波动会带来一系列致命问题：

孔径不一：导致后续金属填充不均，引发断路或短路。
孔壁粗糙：能量过高导致微裂，过低则穿透不全，破坏冷加工优势。
良率下滑：迫使工艺保守降速，同时增加废品率，推高成本。
阵列失效：高密度阵列中只要部分孔失效，整块基板即告报废。

因此，脉冲能量稳定性直接决定了TGV加工的精度、一致性与最终良率。

AI智能调控：量产破局之道

明确了量化标准后，如何实现脉冲能量稳定性的实质提升才是真正的难题。由于控制手段和反馈环路已有成熟方案，飞秒脉冲的实时监测便成了技术瓶颈。传统方法依赖高速示波器、自相关仪等昂贵仪器进行标定，其高昂的成本与庞大的体积，导致超快激光器产品长期处于开环且不可控的状态。

作为国产高端飞秒激光器的代表，爱鸥光学凭借深厚的产学研积累，运用AI重构了激光器的研发与定义。公司成功突破了困扰业界多年的飞秒脉冲实时监测技术，其创始人义理林教授课题组在飞秒脉冲测量方面取得了关键进展。配合深度匹配的闭环反馈系统，爱鸥光学相当于以低成本将一套“高速PD+高速示波器”的功能嵌入激光器内部，从而真正实现了脉冲能量峰峰值稳定性的显著提升。

TGV专属加工利器-双波长飞秒激光器

ISL-DW 系列双波长飞秒激光器是由爱鸥光学自主研发生产的，具备极高稳定性和可靠性的光纤飞秒激光器产品。本产品采用独创的智能主动稳定系统，通过对飞秒脉冲的全域智能识别以及飞秒激光器参数的全局优化控制，提供无与伦比的稳定性和抗干扰能力。整机采用一体化设计，集成1030nm 和515nm 两种输出波长可选，脉冲宽度小于250 fs，单脉冲能量最高可达100μJ，并且具有丰富的脉冲选择和输出控制功能。

产品特点 Features：

智能脉冲识别和实时控制

单脉冲能量最高可达100μJ

脉宽 250fs ~10ps可调满足多种加工需求

支持 Burst/PSO/POD等多种脉冲控制方式

稳定可靠的一体化结构设计

应用领域 Applications：

TGV打孔

碳化硅隐切

新能源电池材料加工

光学波导芯片加工

飞秒光栅刻写

高分子材料加工与处理

王泽锋课题组 Light | 空芯光纤气体激光器进展综述

Sun, 26 Apr 2026 20:56:18 +0800

国防科技大学王泽锋教授课题组

撰稿 | 课题组‍‍‍‍‍

导读

空芯光纤气体激光器是伴随空芯光纤技术发展而兴起的一类新型激光光源，结合了光纤激光效率高、光束质量好与气体激光波长转换灵活等优势。随着空芯光纤传输损耗持续降低、高效耦合技术日益成熟，以及高功率窄线宽泵浦源的快速发展，空芯光纤气体激光器为解决传统实芯光纤激光在波长拓展（尤其是中红外波段）和功率提升等方面的技术难题提供了极具潜力的解决方案。近期，国防科技大学王泽锋教授团队发表综述文章，系统梳理了基于粒子数反转与受激拉曼散射两种机制的空芯光纤气体激光器研究进展，详细阐述了其在功率提升与光谱拓展方面的突破，并进一步探讨了该技术迈向实用化所面临的挑战与未来前景。相关研究成果以“Hollow-core fiber gas lasers [Invited] ”为题发表于《Light: Science & Applications》。

研究内容

路径一：基于粒子数反转，瞄准中红外波段

这类激光器利用空芯光纤中气体分子振转能级的本征吸收跃迁产生激光，在实现中红外激光波段输出有着得天独厚的优势，具有阈值低、线宽窄等特点。目前利用空芯光纤填充乙炔、二氧化碳、溴化氢、一氧化碳等气体，已经实现了3μm至5 μm多个波段的激光输出，代表性进展如图1所示。乙炔填充的空芯光纤气体激光器研究最为深入，实现3.1μm 21.8 W连续波激光输出，创下该类型激光器功率纪录。以溴化氢为介质的激光器则展现出卓越的宽波段输出能力，输出波段覆盖3810-4496 nm，单波长线宽小于 100 MHz，最高功率已突破10W。目前，此类激光器在一氧化碳填充下输出波长已突破4.8 μm，进一步拓展了石英基光纤激光器输出的最长波长。

图1：基于粒子数反转的空芯光纤气体激光进展。

路径二：基于受激拉曼散射，实现宽波长覆盖

与粒子数反转型激光器不同，基于气体分子的受激拉曼散射原理的空芯光纤气体激光器通过非线性频率转换，将光纤中的泵浦光转化为新波长的拉曼激光。氢气、甲烷、氘气为常用于此类激光器的气体介质，可依据不同波段激光的应用场景灵活选取。其最大优势在于输出波长灵活性极高，无需依赖特定气体吸收线。目前，该路径已实现了从紫外到中红外波段广泛的波长输出，代表性进展如图2所示。甲烷与氘气填充的激光系统，为1.5μm通信波段实现高功率、窄线宽的激光输出提供了新思路。利用氢气介质获得的拉曼激光功率已突破100 W，最长输出波长可达4.4 μm。通过采用不同气体填充的级联式结构设计，以常见的1μm波段光纤激光器为泵浦源，理论上该方案可以获得1~5μm任意波长输出。

图2：基于受激拉曼散射的空芯光纤气体激光进展。

总结与展望

随着空芯光纤制备工艺的不断突破，空芯光纤气体激光器已拓展了紫外至中红外多个波段输出，功率突破百瓦量级，凭借其波长灵活、线宽窄、功率可扩展等优势，在环境监测、激光加工、空间通信及生物医疗等领域展现出广阔前景。

展望未来，通过进一步降低空芯光纤损耗、优化高功率窄线宽泵浦源特性、引入缓冲气体并探索光谱合束技术，有望持续提升此类激光器输出功率。深入研究更多气体分子特性并尝试电激励等新型泵浦方式，探索激光波长持续拓展。突破空芯光纤与实芯的高效率、低损耗、高强度耦合技术，加速全光纤化空芯光纤气体激光器的实用化进程，为进一步应用奠定坚实基础。

论文信息

Wang, Z., Pei, W., Zhou, Z. et al. Hollow-core fiber gas lasers [Invited]. Light Sci Appl 15, 208 (2026).

https://doi.org/10.1038/s41377-026-02256-y

编辑：郭巳秋

华境S亮相华为乾崑技术大会，将搭载ADS 5！

Fri, 24 Apr 2026 16:16:41 +0800

华境S亮相华为乾崑技术大会，将搭载ADS 5！

【2026年4月23日】“安全有乾崑，安心赴美好”华为乾崑技术大会上，华为乾崑智驾®ADS 5重磅发布。上汽通用五菱与华为乾崑深度合作打造的首款旗舰车型——华境S同步亮相大会，后续也将通过OTA推送升级华为乾崑智驾®ADS 5 Pro，为用户带来“常用常新”的智能出行体验。此外，北京车展期间，双方将官宣进一步合作信息，将有更多搭载华为乾崑智能汽车解决方案的全新车型亮相，开启战略合作新篇章。

华境S不仅全系标配华为乾崑智驾®与鸿蒙座舱，还集成了宁德时代超级增·混电芯、宝钢2000MPa核潜艇级超高强钢、福耀全车精工玻璃、燕飞利仕音响、米其林静音轮胎以及豪车同款巴斯夫车漆等顶级供应链配置。华境S携手行业一流伙伴，以国民旗舰品质全方位满足中国大家庭的出行需求，致力于为用户打造智能、安全、宽敞、舒适的高品质出行体验。

目前，华境S已开启全国预订。限时下订可享1000元抵5000元购车金，并可叠加价值40000元的八重专属礼遇。用户可前往首批254家华境汽车体验中心进行试乘试驾，更多城市体验中心也将在上市前陆续点亮。