維也納技術大學(TU Wien)的激光專家與以色列激光器制造商Civan Lasers合作，模擬其顛覆性的動態光束激光技術。作為第一個也是唯一一個能夠對動態光束激光器的兆赫級頻率進行建模的多物理場仿真軟件，這項工作提高了對光束整形激光器如何影響小孔和熔池動力學控制的理解。

“Civan Lasers的光束整形能力為在當今許多具有挑戰性的應用中，為提高焊接質量和速度開辟了新的可能性，”TU Wien生產工程和光子技術研究所教授Andreas Otto說，“這是一項非常重要的發展，它將塑造激光材料加工技術的未來，甚至開辟全新的應用發展。”

該仿真工具提供了對每個光束形狀和頻率對小孔和熔池動力學影響的獨特見解，將在工藝開發中發揮關鍵作用，幫助優化各種激光材料加工應用的光束形狀和頻率。目前的模擬主要集中在有間隙的不銹鋼管的對焊上。未來的合作將針對涉及多種材料的其他焊接、鉆孔和表面處理應用。

以對接結構焊接不銹鋼管尤其具有挑戰性。切割管前端的有限精度加上夾緊系統的限制導致了很小的間隙（大約幾十微米，最多幾百微米）。這種依賴于標準靜態激光源的焊接工藝在沒有使用填充材料的情況下，結果是在接縫處出現縫隙和焊縫質量下降。

為了提出解決方案，Civan Lasers對其動態光束激光器進行了試驗，然后與TU Wien合作模擬了該過程。結果是更好地理解了為什么某些光束形狀比其他形狀更好用。該模擬還有助于設計替代光束形狀，并導致制定有關如何為此類情況設計合適的光束形狀的一般指南。

雖然目前的光束整形解決方案（例如衍射光學元件）無法即時更改，但近年來通過掃描儀和二合一光纖使用光束振蕩已導致工藝改進。然而，這樣的機械掃描儀通常不能足夠快地改變以最小化鎖孔不穩定性問題。相比之下，Civan Lasers獲得專利的相干光束組合可在兆赫頻率下根據需要調制光束形狀，而無需任何移動部件。

Civan Lasers的激光器使用光學相控陣相干光束組合，將許多單模激光束合并成一束更大的光束。每個激光器發射自己的光，與遠場中的其他光束重疊以創建衍射圖案，從而釋放實時輕松操縱光束形狀以創建動態光束激光所需的靈活性。通過使用相位調制器來控制單個光束，可以改變產生的干涉圖案以最大化光束點位置并產生由光束運動所刻印的各種形狀圖案，所有這些都可以在高達數百兆赫的速度下完成。

“我們有一個非常強大的工具，可以對許多參數進行復雜的控制，例如光束形狀、形狀頻率、形狀排序和焦點轉向，”Civan Lasers首席執行官 Eyal Shekel 博士解釋說，“到目前為止，我們一直在使用基礎理論、直覺和經驗來指導我們進行流程優化。”