日前，第十五屆高工鋰電產(chǎn)業(yè)峰會在常州落下帷幕。核心議題涵蓋2022動力電池產(chǎn)業(yè)“形”與“勢”、市場躍升后的產(chǎn)業(yè)鏈新考驗(yàn)等多項(xiàng)專題。超800位企業(yè)高層、精英人士、政府人士及投資高層匯聚一堂，湖南大科激光有限公司董事長郭少鋒博士受邀參加《智造賦能質(zhì)造》專場論壇。

圖1.《智造賦能質(zhì)造》專場論壇現(xiàn)場

大科激光自創(chuàng)業(yè)以來始終堅(jiān)定不移的開發(fā)迭代高亮度抗高反型光纖激光器，自2021年打出“亮度為王”的旗號后，也收獲很多業(yè)內(nèi)專家與同行的認(rèn)可，很多以往只注重激光器功率的企業(yè)也開始關(guān)注到激光的亮度性能。而大科激光對高亮度的理解是基于對激光物理的深刻理解，離開了這種理論圖景，“高亮度”就會變成無源之水，只得其形不得其神。在高工鋰電產(chǎn)業(yè)峰會上，面對激光光源如何適應(yīng)鋰電行業(yè)的“極限制造”概念這一話題，郭少鋒博士給出了大科的解決方案：極限制造需要極致的光纖激光器，通往極致之路的關(guān)鍵是高性能光纖激光器的三大“純凈”——模式純凈、光譜純凈、時(shí)序純凈。

圖2.大科激光董事長郭少鋒博士

模式純凈，即做到100%純基模（LP01模）輸出。光纖激光器的輸出中如果出現(xiàn)多個(gè)模式，模式之間會產(chǎn)生相互耦合、能量轉(zhuǎn)化，這種不確定性會受到加工過程中所產(chǎn)生的回返光、振動、高低溫等因素影響而放大，造成激光器輸出功率和光斑形態(tài)的波動。而純基模光纖激光器，則能夠保證光斑和功率始終處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)。

光譜純凈，是指將大功率激光器因非線性效應(yīng)產(chǎn)生的非信號光波長的激光能量（如受激拉曼散射）控制在-40dB（萬分之一）以下，使得能量集中在主信號光波段。光纖激光器在進(jìn)行高精密焊接等加工應(yīng)用時(shí)，非信號光能量可能造成較為嚴(yán)重的加工頭光學(xué)系統(tǒng)的熱畸變，甚至可能引起大氣通道的熱效應(yīng)，特別是，非信號光波長部分的能量會在工件表面反射，反向傳輸回到光纖激光器中繼續(xù)放大，會進(jìn)一步導(dǎo)致輸出功率下降、甚至損壞激光器件，對焊接的穩(wěn)定性和良率會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

時(shí)序純凈，是指光纖激光器的功率波形在足夠高的時(shí)間分辨率下仍保持恒定狀態(tài)，沒有“毛刺”。理論和實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，連續(xù)波光纖激光器會存在微秒量級甚至納秒量級的自脈沖現(xiàn)象（又稱暗脈沖），峰值功率可達(dá)到正常狀態(tài)下平均功率的數(shù)倍以上，這種自脈沖可以通過快速的光電探測器觀測到，通常表現(xiàn)為在連續(xù)波基底上面的微細(xì)“毛刺”。常規(guī)粗放型激光加工幾乎不會受到自脈沖的影響，但在追求極限制造、極致穩(wěn)定的過程中，這種自脈沖會導(dǎo)致加工工件出現(xiàn)爆點(diǎn)、焊縫不一致等瑕疵。大科激光時(shí)序控制目標(biāo)是將自脈沖峰值功率控制在不超過平均功率的20%，以滿足鋰電高精度加工、高穩(wěn)定性加工需求。

純凈如斯，亮如恒星

大科“天狼星”系列光纖激光器在大科激光對三大“純凈”的極致追求中應(yīng)運(yùn)而生。利用諧振腔結(jié)構(gòu)具備比放大器結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的抗回返光能力這一特性，大科激光基于單諧振腔技術(shù)，通過獨(dú)特的光路設(shè)計(jì)和工藝處理，抑制了橫向模式不穩(wěn)定和受激拉曼散射，實(shí)現(xiàn)了14μm增益光纖輸出2.2kW純基模（M²<1.1，接近衍射極限）激光，并支持10米長度14μm芯徑能量傳輸光纖（NA為0.07），拉曼抑制比優(yōu)于-40dB。這一系列技術(shù)突破，奠定了“天狼星”系列激光器（Sirius-1000W～5000W）的技術(shù)基礎(chǔ)，解決了光纖激光器在焊接新能源電池中銅、鋁等高反射率材料時(shí)遇到的諸多難題，在銅鋁焊接、3D打印等應(yīng)中優(yōu)勢明顯，非常適合動力電池、儲能電池、全鋁車身等各類應(yīng)用場景，為新能源市場提供了理想的焊接解決方案。

圖3. 大科諧振腔型單模連續(xù)光纖激光器

圖4. 2kW輸出時(shí)光束質(zhì)量M²為1.07（LQM測試）

追求鋰電加工品質(zhì)極限 做最亮的激光器

鋰電產(chǎn)業(yè)鏈將迎來新一波浪潮，產(chǎn)能已邁向TWh時(shí)代。對于該行業(yè)相關(guān)焊接的精度要求也節(jié)節(jié)攀升，動力電池缺陷率將從ppm（百萬分之一）級別向ppb（十億分之一）提升，因此也對激光這一新能源行業(yè)的“加工利刃”提出了更高的要求。為順應(yīng)新能源行業(yè)發(fā)展趨勢，大科激光依然會將“高亮度”、“抗高反” 、“高節(jié)能”作為產(chǎn)品研發(fā)和制造的著力點(diǎn)，在上游激光光源技術(shù)方面不斷深耕，追求激光器性能極限——三大“純凈”，為新能源行業(yè)的極限制造提供光學(xué)性能趨于物理極限的高性能激光器。

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