盡管幾十年來(lái)對(duì)激光及其應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，但很少有辦法準(zhǔn)確、高效、直接觀(guān)察其與材料相互作用的細(xì)微細(xì)節(jié)。研究人員首次找到了利用低成本設(shè)備從生產(chǎn)型激光器中獲取此類(lèi)數(shù)據(jù)的方法，可以極大地提高用激光切割或蝕刻的物品的精度。鑒于激光器無(wú)處不在，這可能在實(shí)驗(yàn)室、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生廣泛的影響。

激光在現(xiàn)代世界中的應(yīng)用異常廣泛。其中一個(gè)特別重要的領(lǐng)域是制造業(yè)，原因是激光器的操作精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同等物理工具。然而，這種精度水平在理論上還可以更高，從而產(chǎn)生新一代尚未想象的技術(shù)。不過(guò)，還有一些障礙需要克服。提高激光精度的一個(gè)重要方法是，如果有更好的手段來(lái)獲得激光與材料互動(dòng)的反饋。這樣一來(lái)，生產(chǎn)型激光器的切割和蝕刻動(dòng)作就會(huì)有更大的控制力和更少的不確定性。這個(gè)問(wèn)題直到現(xiàn)在才被證明是出奇的難以解決。

要測(cè)量激光器切割到表面多遠(yuǎn)，往往需要進(jìn)行幾十或幾百次深度讀數(shù)。這對(duì)于基于激光的快速、自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的障礙。因此，東京大學(xué)物理系的Junji Yumoto教授設(shè)計(jì)了一種新的方法來(lái)確定和預(yù)測(cè)激光脈沖產(chǎn)生孔的深度，基于一次觀(guān)測(cè)而不是幾十次或幾百次。這一發(fā)現(xiàn)是提高激光加工可控性的重要一步。

Yumoto及其團(tuán)隊(duì)想知道如何利用盡可能少的信息量來(lái)確定激光孔的深度。這促使他們研究被稱(chēng)為激光脈沖的通量，即脈沖在給定區(qū)域內(nèi)提供的光能。直到最近，還需要昂貴的成像設(shè)備來(lái)觀(guān)察這種通量，而這通常缺乏足夠的分辨率。但由于電子和光學(xué)其他領(lǐng)域的發(fā)展，一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的“樹(shù)莓派相機(jī)”被證明足以勝任這項(xiàng)工作。

當(dāng)他們的測(cè)試激光設(shè)備在藍(lán)寶石上打出一個(gè)孔時(shí)，相機(jī)直接記錄了激光脈沖的通量分布。然后用激光顯微鏡測(cè)量孔的形狀。通過(guò)將這兩個(gè)結(jié)果疊加起來(lái)，并使用一些現(xiàn)代的數(shù)值方法，該團(tuán)隊(duì)產(chǎn)生了一個(gè)龐大而可靠的數(shù)據(jù)集，可以準(zhǔn)確地告訴你通量和孔深之間的關(guān)系，相當(dāng)于從一次測(cè)量中提取約25萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這種新方法可以有效地為機(jī)器學(xué)習(xí)和新的數(shù)值模擬方法提供大數(shù)據(jù)，提高制造業(yè)激光加工的精度和可控性。