一、雷射技術背景

雷射技術，自20世紀中葉誕生以來，已成為現代科技的基石之一，其發展背景豐富而深遠。 1960年，第一台雷射的問世標誌著一個新時代的開啟，梅曼利用紅寶石晶體成功產生了相干光，這種新型光源具有前所未有的單色性、相干性和方向性，為科學研究和技術應用開啟了新天地。進入21世紀後，隨著半導體泵浦技術、光纖雷射技術和超快雷射技術的發展，雷射技術迎來了新的飛躍。半導體泵浦技術提高了雷射的電光轉換效率，降低了製造成本。光纖雷射以其高功率、高穩定性和緊湊的結構設計，成為工業加工的優選。超快雷射器則以其超短脈衝特性，在微納加工和生物醫學領域展現出巨大潛力。目前，雷射技術正朝著更高功率、更高精度和更廣泛應用的方向發展。
隨著光纖雷射技術的快速發展，雷射的輸出功率、光束品質和電光效率不斷提高，為高功率綠光/紫外雷射的研發提供了技術基礎。非線性光學倍頻技術的發展，使得從紅外線光纖雷射轉換到綠光雷射成為可能，提高了綠光/紫外雷射的輸出功率。在工業加工領域，高功率雷射設備在航空航太、汽車製造、船舶製造等領域的切割、焊接、打標、測量發揮著重要的作用；在醫療應用領域，雷射的精確性和控制能力使其在眼科手術、皮膚治療和其他醫療程序中已廣泛應用。雷射技術已經滲透到日常生活的方方面面，從工業製造到藝術創作，再到科學研究。隨著技術的進步，高功率雷射的研發使得雷射在工業加工能力上顯著提升。

二、高功率、短波長雷射的應用發展及優勢

高功率綠光/紫外雷射的發展備受關注。連續光纖雷射器由於其運轉模式連續及其波導式結構的特點，具有輸出雷射能量均勻、高增益、高轉換效率、可實現超高功率輸出、光束品質較好、容易實現單模輸出和性能穩定等優點。

雷射與材料相互作用的原理是複雜多樣的，不同的雷射參數（如波長、功率、脈衝寬度等）和材料特性會導致不同的相互作用效果。這些交互作用的結果在雷射技術的應用中有著廣泛的利用，如材料加工、醫療治療、科學研究等。圖1表示了不同材料對不同波長雷射的吸收率曲線圖。可以看出不同材料對不同波長雷射的吸收率曲線不同。加工過程中材料吸收的雷射能量可轉換為熱能，導致材料局部溫度升高。這種熱效應在雷射切割、焊接和熱處理等過程中非常重要，導致材料相變，如熔化、蒸發或昇華。

銅材料是世界上應用最廣的金屬材料之一，在常溫條件下，如圖2所示，銅材對1064nm波段的雷射吸收率只有不到5%，而對532nm的綠光的吸收率可以達40%，相當於是近紅外線波段雷射的8倍。而銅材大量應用於鋰電、微電子等產業，目前工業界使用最多的是1064nm波段的近紅外線雷射器，由於銅對1064nm波段雷射吸收率低而會在加工過程中出現效率低、氣泡、飛濺等問題，而綠光/紫外雷射用於切割或焊接銅材等材料的效果比近紅外線雷射效果好很多。因此實現高功率、高效率的連續綠光輸出成為雷射的研究熱點之一。


圖2表示了幾種典型粉末材料對不同波長雷射的吸收率曲線圖。可以看出不同材料對不同波長雷射的吸收率曲線不同。加工過程中材料吸收的雷射能量可轉換為熱能，導致材料局部溫度升高。這種熱效應在雷射切割、焊接和熱處理等過程中非常重要，導致材料相變，如熔化、蒸發或昇華。



綠光雷射的一個重要應用是3D列印技術。在金屬3D列印領域，綠光雷射可以提高列印質量，實現純銅材料複雜結構的3D 列印，圖3為單模連續綠光光纖雷射純銅列印分析結果。

使用單模連續綠光光纖雷射作為光源，在列印純銅方面的應用是一個相對較新的技術領域，它利用了綠光雷射的光束特性來克服傳統雷射技術在處理高反射材料時遇到的挑戰。由於純銅對綠光的吸收率遠高於對近紅外光的吸收率，使得綠光雷射在銅材料的加工上更為有效。另一方面，單模雷射產生的光束具有很高的品質和一致性，這對於精密加工至關重要，尤其是在列印純銅時，可以確保列印過程的精細度和一致性。


而在短波長雷射的開發中，紫外線（UV）雷射器和藍光雷射則因其獨特的應用特性而備受關注。由於紫外線雷射波長較短，對材料的純度和光學特性要求極高，目前難以找到能夠承受高功率紫外線雷射的材料，市場上出現的超過百瓦的紫外線雷射並不多見。藍光雷射雖然目前已有製造商實現了千瓦級的功率輸出，但在光纖合束前，藍光雷射需要進行空間合束，這一過程對雷射光束的品質、穩定性和功率分佈有嚴格要求，與光纖雷射器相比，藍光雷射的光束品質較差，這限制了其在某些精密加工應用中的性能。

三、結語與展望

高功率綠光在銅材精密焊接上有著明顯優勢，特別在電氣控制的IGBT和扁線馬達焊接上，具有熱影響小，飛濺小，拉力穩定，良率高。除了在銅等高反金屬材料焊接上有突出的物理特性優勢；還在高精密、高效率銅材料3D列印上，有著巨大的應用潛力。