大科激光董事長(cháng)郭少鋒博士：“純凈”光纖激光器助力動(dòng)力電池“極限制造”

光纖激光器的光束質(zhì)量對電池的生產(chǎn)制造具有重要影響，純凈基模光纖激光器在焊接速度和良率方面具備較大潛力。面向新能源電池的極限制造，更高功率的純凈模式、純凈光譜和純凈時(shí)序的光纖激光器是重要發(fā)展方向。

日前，2022高工鋰電年會(huì )在深圳舉辦。此次年會(huì )上，大科激光董事長(cháng)郭少鋒博士受邀演講《“純凈”光纖激光器助力動(dòng)力電池“極限制造”》主題。

【激光器的品質(zhì)對實(shí)現動(dòng)力電池的“極限制造”非常關(guān)鍵】

郭少鋒博士表示極限制造是大勢所趨，但這是一個(gè)系統級的工作，光纖激光器是其中一個(gè)很重要的因素。光纖激光器和鋰電行業(yè)的結合主要體現在激光焊接，因為它對熱輸入的控制非常精準，還易于自動(dòng)化集成，所以是實(shí)現動(dòng)力電池極限制造的重要手段。

針對動(dòng)力電池焊接的特殊要求，例如低阻抗、高強度、抗疲勞、抗腐蝕等，大家認為通過(guò)工藝都可以解決，激光器只是個(gè)光源，其實(shí)這是個(gè)誤區。激光器本身的品質(zhì)對焊接要求的實(shí)現非常關(guān)鍵。郭少鋒博士特別提出，“純凈”光纖激光器能夠助力動(dòng)力電池實(shí)現“極限制造”。這里的“純凈”是指模式純凈、光譜純凈、以及時(shí)序純凈。

【為什么要追求模式純凈？】

根據光纖激光的物理特性，其輸出中如果有多種模式，例如LP01、LP11、LP12等，模式之間會(huì )發(fā)生耦合、偏移，出現“模式不穩定”現象。加工過(guò)程中的回返光、振動(dòng)、高低溫等因素會(huì )放大這種不確定性，導致加工效率大大下降。因此有必要控制模式輸出，使輸出的激光中只包含LP01模，也就是“基?！?，確保輸出激光光束質(zhì)量最好、聚焦之后光斑最小。

【為什么要追求光譜純凈？】

激光是一種電磁波，光譜是它的特性之一。理想的激光是單色光，即光譜圖像中只存在單一波長(cháng)（單峰結構）。但是當單根光纖的輸出功率達到千瓦時(shí)，纖芯中的功率密度會(huì )很高，此時(shí)容易產(chǎn)生非線(xiàn)性效應，將信號激光功率轉化到Stokes光上，造成輸出光單色性降低，不純凈的光譜在光譜圖像上表現為鼓起來(lái)一個(gè)“小包”，如果不用科學(xué)的方法加以控制，這個(gè)小包會(huì )越來(lái)越大，導致輸出功率下降，甚至損壞激光器件，影響焊接的穩定性和良率。

【為什么要追求時(shí)序純凈？】

時(shí)序指的是功率的時(shí)間特性。有人要問(wèn)，連續激光器的功率不就是一條直線(xiàn)嗎？實(shí)際上你用微秒的探測器去看，它在時(shí)序上會(huì )疊加一些自脈沖現象，在連續波的基底上出現“毛刺”，有些毛刺的峰值還比較高，如果不通過(guò)科學(xué)手段進(jìn)行抑制，加工的產(chǎn)品就會(huì )出現爆點(diǎn)、焊縫不一致等瑕疵。

郭少鋒博士提出，要實(shí)現鋰電行業(yè)的極限制造，就要匹配極限的光纖激光器，這就需要能夠做到模式純凈、光譜純凈、時(shí)序純凈。大科激光已聯(lián)合高校深入研究三個(gè)純凈的實(shí)現途徑和應用效果。

基于最新的研究成果，大科激光推出的新一代“天狼星”產(chǎn)品，實(shí)現了14μm芯徑條件下3kW純單模輸出（M2≤1.1，實(shí)測1.05接近衍射極限），能量傳輸光纖（NA為0.07）長(cháng)達10m ，拉曼抑制比達到-36dB，總泵浦功率在4360W時(shí)輸出功率達到3410W（光光轉換效率達78.2%），能夠適應不同場(chǎng)景的應用需求，已在新能源動(dòng)力電池焊接、航天航空、3D打印等熱點(diǎn)領(lǐng)域實(shí)現批量交付，并得到知名集成商、終端用戶(hù)一致好評。該系列產(chǎn)品已獲2022激光加工行業(yè)榮格技術(shù)創(chuàng )新獎、維科杯·OFweek 2022年度激光行業(yè)先進(jìn)應用獎等多個(gè)獎項。此外，20μm芯徑的5千瓦純凈單模光纖激光器獲中國光學(xué)學(xué)會(huì )設立的首屆中國激光金耀獎新產(chǎn)品金獎。

未來(lái)，大科激光將繼續致力于提升光纖激光器性能，通過(guò)“純凈”和“功率”的雙增功率，實(shí)現萬(wàn)瓦級純單模光纖激光器技術(shù)的突破，并推進(jìn)其在工業(yè)應用上的快速發(fā)展，與激光產(chǎn)業(yè)上下游的同儕一起努力，將純凈 “光刀”的功效發(fā)揮到極致，共同創(chuàng )造更大的價(jià)值。