从能源研究到金属加工：无处不在，激光提供了为可持续未来做更多事情的机会。如今，用于电动汽车的电池已经可以使用激光进行特别高效的焊接。利用激光可以测量大气中的污染物，并利用它构建量子互联网。弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 在今年慕尼黑的激光光子学世界和量子世界上展示了这些和其他创新。
慕尼黑激光贸易展览会今年庆祝了其 50 岁生日。参观人数超过
40,000 人次，比大流行前的水平高出 30%，这清楚地表明了激光技术主题的经济相关性。展会automatica和World of QUANTUM在同一地点举行。一方面，这显示了当今网络化激光技术和机械工程的强大程度，另一方面，量子技术等新主题正在推动创新的步伐。
世界光子学大会展示了激光技术与基础研究的紧密联系。博士 来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置的 Tammy Ma 和弗劳恩霍夫 ILT 主任 Constantin Häfner 教授在全体会议上发表了关于激光驱动惯性聚变潜力的演讲。这一主题作为未来能源引发了人们的厚望——同时也将推动激光技术的发展。
适用于极端条件的激光焊接
雪地摩托无疑是激光展会上最不寻常的展品之一。今年，Fraunhofer ILT在其展位上展示了芬兰汽车制造商Aurora Powertrains的一款电动雪地摩托，它采用专为北极温度开发的具有极高能量密度的耐寒电池。IP67 级电池的连接技术是在亚琛定制的。
使用具有 0.2 mm 薄电铜和铝触点的锂离子 NMC 软包电池。它们用 1 kW 单模光纤激光器焊接，其控制电子设备对功率进行本地调制。“我们评估了这个想法，制作了第一个样品并支持这家芬兰初创公司的进一步发展，”博士解释道。Alexander Olowinsky，Fraunhofer ILT 连接和切割部门负责人。“现在我们支持您实施大规模生产。”
用于从太空测量污染物的强大激光器
弗劳恩霍夫 ILT 的专家多年来一直使用激光进行气候研究。LIDAR（光探测和测距）系统是一种类似于雷达的三维激光扫描形式，在此方面做出了重要贡献。有地面系统、直升机系统或卫星系统。这三种不同变体的展品在激光光子学世界上展出。其中之一是德国-法国气候任务MERLIN（甲烷遥感激光雷达任务）的卫星支持的激光雷达系统。
甲烷是最危险的温室气体之一。它的污染程度明显高于二氧化碳。因此，调查其确切排放地点和消失地点对于进一步了解气候变化非常重要。作为 MERLIN 气候任务的一部分，亚琛的研究人员正在开发强大的激光雷达系统。这最终将测量卫星上大气中的甲烷浓度。
它将日夜向大气发射激光束，并根据反向散射信号计算甲烷分布。与需要太阳辐射的光学光谱仪进行传统甲烷测量相比，MERLIN LIDAR 还可以测量地球夜间的数值。小规模云隙的测量也是可能的。激光器必须在 -30 至 +50 °C 的温度范围内提供全功率。弗劳恩霍夫 ILT 为此开发了特殊的安装技术，这些技术现在也被用于其他卫星项目。
用于量子互联网的量子频率转换器
目前，各种资助项目正在开发量子互联网系统。它们应该能够实现防窃听通信，以及后来的量子计算机网络。当通过量子互联网进行通信时，会传输在特殊光源中产生的单个光子。
这里有一个问题：光源大多工作在可见光谱范围内，但传输光纤在近红外范围内损耗最低。Fraunhofer ILT 的一个团队与代尔夫特理工大学和荷兰应用科学研究组织 TNO 的联合研究机构 QuTech 合作，开发了一种解决该问题的量子频率转换器 (QFC)。它现在正在代尔夫特使用，三个不同的节点被连接起来形成第一个量子信息网络。
经测量，QFC 的效率约为 50%（光纤输入/光纤输出）和 2 Hz/pm 的超低噪声。借助 QFC，用于构建量子网络的各种组件现在可以在亚琛进行测试。作为 N-Quik 资助项目的一部分，来自工业界和科学界的合作伙伴可以开发新产品和应用，并充分挖掘分布式量子计算的潜力。
涂层和机加工合二为一
高强度保护层可能会受到打击。然而，它们保护得越好，处理起来就越困难。Fraunhofer ILT 开发的新工艺解决了这个问题。为此，结合了两种制造工艺：采用超高速激光沉积焊接 (EHLA) 涂覆涂层，同时进行机械加工。该层仍然很热，因此更容易加工。
该工艺称为同步加工和涂层 (SMaC)，可节省大量时间、能源和材料。»通过 SMaC，我们可以经济地涂覆耐腐蚀和耐磨涂层。与传统的顺序加工相比，我们在更短的时间内实现了非常高的表面质量，并且可能具有更长的刀具寿命，”Fraunhofer ILT 的 LMD 涂层和热处理小组负责人 Viktor Glushych 解释道。根据要求概况和涂层材料，工艺时间可缩短 60% 以上。
该工艺的应用范围非常广泛，从能源工业和整个交通部门到化学工业和采矿业。无论何时使用高应力、旋转对称部件，SMaC 都能确保节省重要资源。
激光扫描仪可减少 90% 的施工量
激光扫描仪实际上是经过相当优化的组件。尽管如此，弗劳恩霍夫 ILT 的一个团队通过融合扫描仪驱动器和反射镜基板，成功地实现了更小的尺寸。与传统系统相比，平面振镜扫描仪可节省高达 90% 的建筑体积。
凭借仅 50 cm³ 的特别紧凑设计，还减轻了大量重量，从而开辟了广泛的应用选择。例如，手持式系统可以变得更轻，或者可以在一个处理头中并排使用多个扫描仪。微型扫描仪使用市售的基于模型的控制电子设备。这使得能够使用标准化通信协议集成到现有机器中。
CAPS：用于二次源的高功率激光器
汉堡德国电子同步加速器 (DESY) 的 PETRA III 光束线的光束时间通常被超额预订。PETRA III 产生明亮的短脉冲 X 射线。例如，利用这种辐射，可以像分子生物样本一样检查电池组的焊接过程。对于许多这些测量（或放射治疗）来说，分散的解决方案将是一个很大的简化。
弗劳恩霍夫协会的几个团队目前正在致力于此等工作。在弗劳恩霍夫卓越集群先进光子源 CAPS 中，21 个弗劳恩霍夫研究所联手开发用于超短脉冲的新型高性能激光器。这些具有 kW 输出的激光器已可供耶拿（Fraunhofer IOF）和亚琛（Fraunhofer ILT）应用实验室的用户使用。借助新开发的多通道压缩单元，kW 激光器的脉冲可以压缩至 20 fs 以下。因此，kW 激光器的压缩脉冲可以转换为 X 射线、太赫兹或 MIR 辐射，这为分散二次源（即二次辐射源）开辟了道路。
下一届激光光子学世界展将于 2025 年 6 月 24 日至 27 日在慕尼黑举行。
