用于自动有机激光除草的蓝激光器

下表显示了用于激光除草的不同波长的比较。数值按 320W 光输出功率缩放，采用液体冷却，原始数值取自现有产品规格：

蓝激光技术具有无与伦比的透水性、高效率、低重量和低环境影响，是未来安全、可扩展的激光除草技术。

激光系统的效率对于最大限度地降低能耗、减少运营成本和确保现场应用的可靠性能至关重要。以下是 2000 nm IR、CO₂ 和 450 nm 蓝光激光系统的电气效率比较：

2000 纳米红外激光器：功率为 200W 的红外激光器通常需要 1200W 的电能，仅激光效率为 17%。然而，它还需要一台额定散热功率为 1700W 的水冷却机，消耗 600W 输入功率。根据冷却负荷（424 瓦）进行调整后，最终的系统效率为12.3%。

CO₂ 激光器：一个 130 瓦 CO₂ 激光管及其电源消耗 860 瓦。同样的 1700 瓦冷却器又消耗 303 瓦（根据比例负载计算）。由此产生的总效率降至11.2%。

450 nm 蓝激光器（明日系统）：功率为 120W 的蓝光激光器耗电 356W，使用 95% 效率的驱动器和 62W 的空气冷却。结果是 120 / (356 / 0.95 + 62) ≈26.7%。使用效率为 91% 的 48V 电源，整体系统效率为24.3%。对于采用液体冷却的 320W 配置，系统总功率达到 1800W 时，效率可能降至19% 左右。

明日系统公司通过自主设计激光源和专用驱动器实现了这些高数值。相比之下，许多现成的驱动器工作效率只有 70-90%，大大降低了整个激光系统的性能。

水的吸收会严重影响激光的传输和杂草接收到的实际能量剂量。不同波长的激光系统在与植物表面的水滴发生作用时，会表现出截然不同的行为。

透过水：对于 0.1 毫米的薄水层，蓝色激光的透过率几乎为零（99.99%），而 2000 纳米红外光的透过率则降至90.48%，CO₂ 激光的透过率几乎为零（0.004%）。即使是少量的水分也能完全阻挡 CO₂，并部分抑制 2000 纳米激光的照射。

1 毫米水层的透射系数为

• 蓝色激光：99.99
• 2000 纳米激光36.79%
• CO₂ 激光：0%。

对辐照剂量的影响：在短处理窗口（50-100 毫秒）内，水滴（5×5×1 平方毫米）吸收了全部 CO₂ 剂量和大约 63% 的 2000 纳米激光剂量。对于红外激光来说，吸收的能量只需 8.4 W 就能将水滴的温度从 20°C 升至沸腾，但只有 8-10% 的能量会蒸发掉。这就限制了实际到达杂草的能量，降低了效果。

水田或灌溉田：在水稻田等深水层（10 厘米）中，蓝色激光器仍能向目标发射99%以上的能量，而 2000 nm 和 CO₂ 激光器的能量几乎为零。

这一分析表明，即使是小雨或灌溉也会严重影响红外和 CO₂ 激光器的性能，而蓝光激光系统在潮湿环境中仍然非常有效。

在移动或野外激光系统中，重量和物理尺寸对集成、移动性和功耗有很大影响。蓝光激光器在这两方面都具有明显的优势：

据估计，一个 320 瓦的蓝光激光系统（包括冷却）的总重量仅为14 千克。相比之下，一个 200 瓦 2000 nm 激光系统连冷却组件重约61 千克，一个典型的 CO₂ 激光装置重约48 千克。这意味着，两个蓝光激光器模块加在一起的重量仍然低于单个 2000 nm 或 CO₂ 激光器系统。

从尺寸上看，蓝光激光器非常紧凑。一个 320 瓦的蓝光激光器模块的尺寸不超过100×300×300 毫米，不到10 立方分米。相比之下，2000 nm 激光系统的体积超过169 dm³，而 CO₂ 激光系统的体积则达到92-97 dm³。此外，CO₂ 激光器通常由易碎的玻璃管制成，长度可达 165 厘米，因此在移动环境中很难安装或保护。

总之，蓝光激光器比 2000 纳米红外激光器小 12 倍以上，比 CO₂ 激光系统小 7 倍以上。这些小巧的尺寸可以安装在轻型农用车或机械臂上，极大地提高了田间部署的灵活性。