数据驱动激光加工，对谈Coherent高意首席营销官——2025美国西部光电展回顾

1月28日至30日，备受瞩目的全球光电行业年度盛会——2025美国西部光电展（SPIE Photonics West 2025）在旧金山莫斯康展览中心隆重举行。近年来，西部光电展主要围绕四个应用领域，分别展示全球不同企业利用光学和光子学的最新技术和发现。

BiOS展区强调了生物光子学、生物医学光学以及诊断和治疗成像的新研究；LASE展区专注于激光行业及其多样化的应用；OPTO展区涵盖光电子、光子材料和光学器件；Quantum West展区则以量子2.0技术为特色，从量子传感和信息系统到量子材料、设备和生物学。

展会期间，主办方组织了共计100多场技术会议，向参展嘉宾做分享交流。在本期内容，我们精选了数篇与激光加工有直接联系的内容，或来自展会上的技术演讲，或是对具体研究者的采访报道。激光加工技术发展至今，新技术不断涌现，为行业提供更优的解决方案。

 

5 kW蓝光和近红外光纤激光混合，加速铜的清洁加工

 

随着向电动汽车转变的加速，对更复杂的铜材料加工的需求正在迅速增加，这意味着改进的激光加工技术至关重要。高功率近红外光纤激光器因高电光转换效率和优异的光束质量，被广泛应用于金属激光加工。然而，使用近红外光纤激光器进行铜的焊接是困难的，因为铜在近红外范围内具有低吸收率和高导热性，导致焊接点处的快速热扩散。

 

使用 5kW 蓝光激光对 4mm 厚铜进行混合加工（左：俯视图；右：横截面图）

展会期间，在举行的大功率二极管激光技术会议上，来自日亚化学和古河电气公司的两份研究报告，介绍了他们最近各自开发的蓝光激光二极管。这些二极管与红外激光光源集成，在较短波长下实现了更高的功率，从而改善了铜加工的质量。来自古河电气的演讲者Sumika Sano，在公司的工业激光系统部门工作。她目前的研究重点是铜焊接的蓝光和红外激光系统。她演讲的一个显著亮点是与日亚化学联合开发的一种新型蓝光激光二极管模块，功率为800W。

Sano谈到，这反过来又使一种新的5kW蓝光激光器能够“通过光纤提供世界上最高水平的亮度”。考虑到这种激光在铜加工中的应用，高功率蓝光激光将厚铜的焊接时间缩短了三分之二，将电机的电磁线加工时间缩短了20%。古河电气和日亚化学联合开发了输出功率为800W的蓝光激光二极管模块，比传统光源高1.5倍以上。通过将这种蓝光激光二极管集成到激光加工系统中，可以实现了5kW的激光功率输出。

Sano在演讲结束时还表示，古河电气扩大了“Brace”系列激光器的商业阵容，推出了BR 5000和BR 0700。BR 5000能够穿透铜板1.5毫米以上，并连续过渡到钥匙孔形状。蓝光3kW激光器和近红外6kW激光器的混合系统实现了3.5毫米的铜板穿透，没有飞溅。

开创性的精度：用于制造控制的数据科学和激光加工

 

来自日本筑波国家先进工业科学技术研究所创新激光加工小组的Aiko Narazaki，在技术论坛上展示了数据驱动为激光加工系统带来的改变。去年，她所在的研究所与东京农业科技大学教授Godai Miyaji及其团队，使用过程监测和机器学习实时控制高功率超短飞秒脉冲激光，以惊人的精度和控制力在玻璃上雕刻出周期性的纳米结构。

根据Narazaki的说法，在创建这些激光诱导周期性表面结构（LIPSS）时产生的缺陷减少了95%以上。玻璃是一种坚硬易碎的材料，容易开裂，因此精确的微细加工通常很困难，需要特别小心。将过程监控数据库与处理后使用高分辨率SEM观察到的形状数据联系起来，可以确定过程窗口并实时执行反馈控制处理。“我们的缺陷率大约是没有反馈的传统系统的1/30，处理速度相同，”她补充道，“目前，我们的结果仍处于演示阶段——要将其应用于生产线，关键在于更快的数据处理技术。”

Narazaki在演讲报告中，介绍了将数据科学与激光加工相结合，可以有效提高激光制造和材料制造的产量和质量。期间，她介绍了从航空航天、汽车行业到医疗电子行业的转变——想想电池制造、医疗器械制造和微电子——她确信这项技术将如她所说的那样，为未来可持续制造业和社会做出贡献。

那么，数据科学能提供什么超短激光呢？在超短激光加工过程中，强激光与材料物质在很短的时间内相互作用，在电子热扩散之前激发电子。因此，该过程可以提供相对无损伤、精确的加工。但不利的一面是，电子的非线性激发对激光参数非常敏感，如脉冲宽度、能量和频率，以及光束轮廓和扫描速度，这使得工艺优化非常缓慢和费力。

 

使用和不使用数据驱动创建纳米结构的对比图，缺陷率从64%下降到2%

Narazaki表示：研究团队正在开发和集成三项核心技术：高速过程监控、机器学习等数据处理和快速激光调制。人工智能可以优化人类直觉可以获得的简单现象，但当各种物理现象复杂相关时，它也可以帮助。激光加工就是一个典型的例子。将数据科学应用于超短激光加工，以提高生产率和质量。

 

数据驱动的激光加工结合了过程监测和形状数据，以高精度和控制在玻璃中创建纳米结构

除了将数据驱动的激光装置应用于玻璃的激光诱导周期性表面结构形成外，Narazaki的团队还使用该系统在石英玻璃上进行钻微孔，调节激光脉冲强度以提高激光烧蚀率。但是，虽然快速调节激光脉冲的强度可以优化激光钻孔，但它也大大增加了在加工过程中需要控制的参数数量。

为了解决这个问题，研究团队创建了一个数据库，其中包含大约1000种用于金属和玻璃形状加工的脉冲强度调制模式。然后，他们又构建了一个AI模拟器，可以预测机器形状并增加激光加工的自由度。大约有一百万种可预测的模式。

Narazaki的项目合作者，东京大学和三菱电机株式会社的Yohei Kobayashi教授及其团队，也将贝叶斯优化（一种可以帮助调整参数的概率方法）集成到深紫外皮秒激光加工系统中，以加速通过激光微钻加工形状。作为这种方法的一部分，他们捕获了钻孔图像，并使用这些数据来改变激光脉冲的强度和数量，并简化处理过程。Narazaki说：在单一参数的情况下，仅经过十次试验，获得的形状就可以接近所需的形状。

到目前为止，Narazaki及其同事已经将数据驱动的超短激光加工用于表面纳米制造和玻璃微钻。然而，他们现在正将这项技术应用于新材料和不同的应用，例如在光学芯片和共封装器件等透明材料中的直接写入。Narazaki也被钙钛矿太阳能电池所吸引，这些电池作为下一代太阳能电池正在引起人们的关注。此外，研究人员也在研究生物材料的精细3D打印，包括纯蛋白质，用于生物医学和生物芯片应用。

未来，Narazaki的团队计划构建一个更大的数据库，并基于该数据库提供更智能的优化AI模型，用于数据驱动的处理。这将生成所需产品的工艺配方，而无需使用大量劳动力和花费太多时间。数据驱动的处理，将使能够探索更广阔的参数空间。

Coherent高意新人事任命带来的新变化

去年6月，Coherent高意任命半导体行业高管Jim Anderson为新任首席执行官。Anderson接替即将退休的Chuck Mattera成为这家上市公司的老板，带来了在芯片行业几家知名公司担任高级管理职务的经验。在上任之前，Anderson在Lattice Semiconductor担任首席执行官，再早之前还在AMD、英特尔和LSI公司担任高级职务。

 

Coherent高意首席营销官Sanjai Parthasarathi

展会期间，主办方采访了高意Coherent首席营销官Sanjai Parthasarathi，了解公司在最近任命新任首席执行官Jim Anderson后，在Photonics West 2025展示的新产品，以及未来公司的计划。

 

问：本届展会上，公司亮相的关键产品有哪些？

答：我们推出了用于切割应用的新系列高功率光纤激光器。革命性的产品，标志着我们重新进入光纤激光器市场。公司推出的Edge光纤激光器具有扩展的高性能激光元件组合。通过在内部生产光纤激光器的所有关键组件，如二极管泵浦芯片、有源光纤、晶体、隔离器、光学器件和光束传输组件，我们确保了客户的供应链弹性。这些组件在今年的西部光电展上集中亮相，包括二极管泵浦技术的新产品演示。

同时，我们还基于ARM（可调环模）光纤激光器系列，推出一种具有独特双环光束配置的新型号。ARM FL10D代表了焊接技术的重大突破，在各种应用中提供了更快的处理速度和更高的质量，满足了包括电动汽车制造和白车身装配在内的苛刻工艺要求。在生命科学领域，Coherent高意推出了流式细胞术的新组件。此外，我们还展示扩大的高性能激光器、先进光学和热电技术组合。

 

问：2025年市场状况和可能发展的态势是什么？

答：光子学市场有几个令人兴奋的趋势，首先是人工智能和数据通信。光子学，特别是高速光收发器，是人工智能网络的关键推动因素。当前，业界对人工智能芯片的需求，正在推动前沿半导体节点的发展，进而推动对先进半导体制造设备和工具的需求。Coherent高意设想增加这些工具中的光子含量。基于光子学的先进传感器是“人工智能的眼睛和耳朵”，可以感知周围世界，也可以感知体内的生物传感器。

另外，我们还对显示器市场感到兴奋，特别是OLED技术在智能手机中的渗透率越来越高，以及最近的平板电脑和IT显示器，同时还包括Micro-LED技术的出现。所有这些都推动了行业对光子工具，特别是激光加工工具的需求。

 

问：瞬息万变的经济条件、地缘政治和市场变化，对公司的发展都有哪些影响？

答：当前的商业格局越来越不可预测，受到地缘政治紧张局势、供应链挑战和需求波动的影响。在Coherent高意，我们认识到供应商的弹性已成为一项关键的竞争优势。虽然全球供应链比以往任何时候都更加相互联系，但它们也越来越容易受到干扰。我们的战略侧重于通过利用供应链和技术组合的广度和深度来保持运营连续性，并最大限度地减少对客户的影响。

 

针对高效切割市场推出的新系列EDGE高功率光纤激光器

例如，在人工智能/数据通信收发器领域，Coherent高意制造了许多为这些技术提供动力的关键组件。从VCSEL、EML和用于硅光子学的高功率CW激光器等，到生产滤波器、透镜和隔离器等无源光学器件，以及石榴石、晶体和IC等关键成分材料，我们确保每个生产阶段的质量和可靠性。

为了进一步增强公司的韧性，我们投资了地理位置多样化的制造业足迹，覆盖马来西亚、菲律宾、中国、越南以及欧盟和美国。这种灵活性使我们能够根据需要转移生产，作为防止地区冲突、贸易壁垒或自然灾害等地区中断的保障。

 

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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