大科激光董事长郭少锋博士：“纯净”光纤激光器助力动力电池“极限制造”

光纤激光器的光束质量对电池的生产制造具有重要影响，纯净基模光纤激光器在焊接速度和良率方面具备较大潜力。面向新能源电池的极限制造，更高功率的纯净模式、纯净光谱和纯净时序的光纤激光器是重要发展方向。

日前，2022高工锂电年会在深圳举办。此次年会上，大科激光董事长郭少锋博士受邀演讲《“纯净”光纤激光器助力动力电池“极限制造”》主题。

【激光器的品质对实现动力电池的“极限制造”非常关键】

郭少锋博士表示极限制造是大势所趋，但这是一个系统级的工作，光纤激光器是其中一个很重要的因素。光纤激光器和锂电行业的结合主要体现在激光焊接，因为它对热输入的控制非常精准，还易于自动化集成，所以是实现动力电池极限制造的重要手段。

针对动力电池焊接的特殊要求，例如低阻抗、高强度、抗疲劳、抗腐蚀等，大家认为通过工艺都可以解决，激光器只是个光源，其实这是个误区。激光器本身的品质对焊接要求的实现非常关键。郭少锋博士特别提出，“纯净”光纤激光器能够助力动力电池实现“极限制造”。这里的“纯净”是指模式纯净、光谱纯净、以及时序纯净。

【为什么要追求模式纯净？】

根据光纤激光的物理特性，其输出中如果有多种模式，例如LP01、LP11、LP12等，模式之间会发生耦合、偏移，出现“模式不稳定”现象。加工过程中的回返光、振动、高低温等因素会放大这种不确定性，导致加工效率大大下降。因此有必要控制模式输出，使输出的激光中只包含LP01模，也就是“基模”，确保输出激光光束质量最好、聚焦之后光斑最小。

【为什么要追求光谱纯净？】

激光是一种电磁波，光谱是它的特性之一。理想的激光是单色光，即光谱图像中只存在单一波长（单峰结构）。但是当单根光纤的输出功率达到千瓦时，纤芯中的功率密度会很高，此时容易产生非线性效应，将信号激光功率转化到Stokes光上，造成输出光单色性降低，不纯净的光谱在光谱图像上表现为鼓起来一个“小包”，如果不用科学的方法加以控制，这个小包会越来越大，导致输出功率下降，甚至损坏激光器件，影响焊接的稳定性和良率。

【为什么要追求时序纯净？】

时序指的是功率的时间特性。有人要问，连续激光器的功率不就是一条直线吗？实际上你用微秒的探测器去看，它在时序上会叠加一些自脉冲现象，在连续波的基底上出现“毛刺”，有些毛刺的峰值还比较高，如果不通过科学手段进行抑制，加工的产品就会出现爆点、焊缝不一致等瑕疵。

郭少锋博士提出，要实现锂电行业的极限制造，就要匹配极限的光纤激光器，这就需要能够做到模式纯净、光谱纯净、时序纯净。大科激光已联合高校深入研究三个纯净的实现途径和应用效果。

基于最新的研究成果，大科激光推出的新一代“天狼星”产品，实现了14μm芯径条件下3kW纯单模输出（M²≤1.1，实测1.05接近衍射极限），能量传输光纤（NA为0.07）长达10m ，拉曼抑制比达到-36dB，总泵浦功率在4360W时输出功率达到3410W（光光转换效率达78.2%），能够适应不同场景的应用需求，已在新能源动力电池焊接、航天航空、3D打印等热点领域实现批量交付，并得到知名集成商、终端用户一致好评。该系列产品已获2022激光加工行业荣格技术创新奖、维科杯·OFweek 2022年度激光行业先进应用奖等多个奖项。此外，20μm芯径的5千瓦纯净单模光纤激光器获中国光学学会设立的首届中国激光金耀奖新产品金奖。

未来，大科激光将继续致力于提升光纤激光器性能，通过“纯净”和“功率”的双增功率，实现万瓦级纯单模光纤激光器技术的突破，并推进其在工业应用上的快速发展，与激光产业上下游的同侪一起努力，将纯净 “光刀”的功效发挥到极致，共同创造更大的价值。