用于制造業(yè)中的激光系統(tǒng)即激光制造系統(tǒng)，一般由激光器、激光傳輸系統(tǒng)、激光聚焦系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)組成，其核心為激光器。
　　激光作為熱源或光源(能量)是激光制造中的“刀具”或“工具”。該“刀具”或“工具”的質(zhì)量直接影響著加工制造的結(jié)果。激光光束質(zhì)量的好壞可以采用光束遠(yuǎn)場發(fā)散角、光束聚焦特征參數(shù)值Kf和衍射極限倍因子M2(M)或光束傳輸因子K值來表示。對小功率激光器，工作物質(zhì)均勻穩(wěn)定，一般可以實現(xiàn)基模輸出，其光束橫截面能量分布為高斯分布，且在傳輸過程中保持不變，光束質(zhì)量較好；對于大功率激光器，一般不易得到基模輸出，輸出的往往為多模激光束，激光光束質(zhì)量變差(如圖1)。目前工業(yè)上常用的大功率激光器有CO2激光器和YAG激光器兩種。大功率激光器的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，激光切割、激光焊接都需要優(yōu)良的光束質(zhì)量，而追求高光束質(zhì)量的大功率激光是工業(yè)用激光器不斷發(fā)展的目標(biāo)。
　　從1964年第一臺CO2激光器出現(xiàn)到現(xiàn)在，經(jīng)過近四十年的發(fā)展，從封離式CO2激光器、慢速軸流CO2激光器、橫流CO2激光器，到高頻羅茲泵型快速軸流、射頻turbo型快速軸流以至目前出現(xiàn)的擴(kuò)散型Slab CO2激光器的發(fā)展中可以看到，一方面激光輸出功率不斷提高，體積不斷縮小，另一方面激光器的效率不斷提高，光束質(zhì)量越來越好。擴(kuò)散型Slab CO2激光器光束橫截面上光強(qiáng)分布接近高斯分布，具有極好的光束質(zhì)量，在加大的激光加工工作區(qū)焦點的漂移很小，非常有利于大范圍激光傳輸與聚集，這對大尺寸工件的切割應(yīng)用非常重要。
　　工業(yè)用固體YAG激光器也經(jīng)歷了從小功率燈泵浦(棒狀)、燈泵浦(板條)、雙燈泵浦(多棒)到光纖泵浦(棒狀)、半導(dǎo)體泵浦(棒狀)和片狀固體激光器的過程。由于受工作物質(zhì)熱物理性質(zhì)的制約，YAG激光光束質(zhì)量模式相對較差。如何提高光束質(zhì)量和激光功率，仍是YAG激光器面臨的主要問題。
　　值得注意的是近年來發(fā)展起來的半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器具有小型化、頻率極高、與光纖良好耦合、易于調(diào)制等優(yōu)良特性，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　要在不同產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用激光制造技術(shù)，很大程度上要依賴于激光加工系統(tǒng)的性能與工藝。歐、美、日一些國家在新光源、加工系統(tǒng)及工藝等方面的研究與開發(fā)就從未降溫過。隨著激光工作物質(zhì)的研究與開發(fā)、器件與單元技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，以高性能、寬波段、大功率為特征的激光取得了蓬勃的發(fā)展，如紫外光輸出的KrF、ArF準(zhǔn)分子激光器、倍頻激光器等。尤其是高功率光纖激光的出現(xiàn)，使激光制造的移動式定位加工變得更加便利。
　　激光制造技術(shù)應(yīng)用
　　激光制造技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，其突出的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　(1)特種材料特殊要求的加工
　　激光焊接與大多數(shù)傳統(tǒng)的焊接方法相比具有突出的優(yōu)點。激光能量的高度集中和加熱、冷卻過程的極其迅速，可破壞一些難熔金屬表面的應(yīng)力閾值，或使高導(dǎo)熱系數(shù)和高熔點金屬快速熔化，完成某些特種金屬或合金材料的焊接，而且在激光焊接過程中無機(jī)械接觸，容易保證焊接部位不因熱壓縮而變形，還排除了無關(guān)物質(zhì)落入焊接部位的可能；如果采用大焦深的激光系統(tǒng)，還可實現(xiàn)特殊場合下的焊接，比如，由軟件控制的需隔離的遠(yuǎn)距離在線焊接、高精密防污染的真空環(huán)境焊接等；在不發(fā)生材料表面蒸發(fā)的情況下可熔化數(shù)量的物質(zhì)，達(dá)到高質(zhì)量的焊接。以上特點是傳統(tǒng)的焊接工具與方法很難或完全不能做到的。目前，在汽車、國防、航空航天等一些特殊行業(yè)，已普遍采用激光焊接技術(shù)2。例如歐洲一些國家，對高檔汽車車殼與底座、飛機(jī)機(jī)翼、航天器機(jī)身等一些特種材料的焊接，激光的應(yīng)用已基本取代了傳統(tǒng)的焊接工具和方法。
　　(2)特殊精度的加工制造
　　這里指的高精度除通常意義下的精確定位外，主要還體現(xiàn)在材料內(nèi)部熱傳導(dǎo)效應(yīng)量級上的控制。激光的顯著特點之一，就是可采取連續(xù)和脈沖方式輸出。以固體的鉆孔與切割為例，激光能量高度集中，以及加熱、冷卻速度快的特點可實現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)達(dá)到的普遍要求，加工屬熱化學(xué)過程。這里要突出的是，通過脈沖式激光輻射可達(dá)到接近“冷”加工的光化學(xué)動力過程。一方面選擇脈沖的時間寬度，使得材料內(nèi)的熱傳導(dǎo)過程和熱化學(xué)反應(yīng)來不及發(fā)生；另一方面通過控制激光的功率密度和脈沖計數(shù)，按要求達(dá)到確定的去除深度，從而實現(xiàn)高精度的“線”切割和“點”鉆孔加工。歐美一些國家在許多特殊要求的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)中已普遍采用這種脈沖光制造技術(shù)。
　　(3)微細(xì)加工制造
　　激光微細(xì)加工技術(shù)最成功的應(yīng)用是在20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來的微電子學(xué)領(lǐng)域。激光微細(xì)加工作為微電子集成工藝中的單元微加工技術(shù)之一，現(xiàn)已形成固定模式并投入規(guī)?；a(chǎn)中。除此之外，能突顯其優(yōu)勢的領(lǐng)域還有精密光學(xué)儀器的制造、高密度信息的寫入存儲、生物細(xì)胞組織的醫(yī)療等。選擇適當(dāng)波長的激光，通過各種優(yōu)化工藝和逼近衍射極限的聚焦系統(tǒng)，獲得高質(zhì)量光束、高穩(wěn)定性、微小尺寸焦斑的輸出。利用其鋒芒尖利的“光刀”特性，進(jìn)行高密微痕的刻制、高密信息的直寫；也可利用其光阱的“力”效應(yīng)，進(jìn)行微小透明球狀物的夾持操作。例如，高精密光柵的刻制(精密光刻)；通過CAD/CAM軟件進(jìn)行仿真圖案(或文字)和控制，實現(xiàn)高保真打標(biāo)；利用光阱的“束縛力”，對生物細(xì)胞執(zhí)行移動操作(生物光鑷)。值得一提的是，高密度信息的激光記錄和微細(xì)機(jī)械零部件的光制造。
　　無論是數(shù)字記錄或是掃描記錄，還是圖像與文字的模擬記錄，激光記錄方法(光刻)都具有特別的優(yōu)勢并取得了重要突破，以數(shù)字記錄為例：①信息記錄密度高(107～108bit/cm2以上)，刻錄槽寬0.7μm、深0.1μm，比磁記錄密度提高兩個數(shù)量級以上；②記錄、檢索、讀出速度快，單波道達(dá)50Mbit/s，多波道可達(dá)320Mbit/s；信息的檢索和讀出速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 秒；③成本低、使用壽命長。在微細(xì)機(jī)械零部件的光制造方面，最近幾年國外已將其列為攻關(guān)項目，成為未來高新技術(shù)前期研究的熱點。日本采用激光技術(shù)，制造出微米量級的三維“納米牛”，這說明日本在微納量級的三維激光微成型機(jī)制上已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展。北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院應(yīng)用準(zhǔn)分子激光，通過掩模方法，已經(jīng)加工出10齒/50μm和108齒/500μm的微型齒輪。
　　(4)高效的自動流程加工制造
　　由于激光輸出的可控制性，使激光制造過程能夠通過軟件實行自動化流程的智能控制。根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)的需要，既可實行加工臺的定位控制亦可通過激光的光纖傳輸實行加工頭的機(jī)器手定位控制，從而實現(xiàn)高效的自動化、智能化激光制造。比如，汽車車身覆蓋件的三維定位切割、車身骨構(gòu)架的焊接、齒輪盤及其他零部件的焊接加工等，已形成激光加工、組裝一條龍的生產(chǎn)線。