在现代农业生产中，田间杂草与作物争夺水分和养分，不仅抑制作物生长，还会导致产量降低和品质下降。随着精准农业的快速发展，传统除草方式正面临新的挑战：化学除草虽见效迅速，但容易造成农药残留和环境污染；机械除草可能破坏土壤结构、增加侵蚀风险；人工除草则劳动强度大、效率低、成本高。在追求高效、环保与智能化的农业背景下，一种更先进的除草技术——激光除草，正逐渐崭露头角。基于光热效应的除草技术，不仅契合绿色农业的发展方向，也为未来农业的智能化转型提供了新的解决思路。
激光除草技术基于光热效应原理。当激光照射杂草叶片或根茎时，植物组织中的水分或色素会选择性地吸收光能，并迅速将其转化为热能。被激光照射的杂草组织局部温度迅速升高，细胞内水分瞬间蒸发，产生的压力导致杂草叶片或根茎的细胞结构破裂，从而阻止杂草的生长。
图1 (a)-(d)藜、刺苋、狗尾草、牛筋草被激光照射后的结果[1]
图1(a)-(d)展示了四种常见杂草（藜、刺苋、狗尾草、牛筋草）经激光照射后的形态变化。该过程主要依赖两类机制：其一，植物色素（如叶绿素）对特定波长的选择性吸收；其二，植物组织中水分及含水结构对近红外或中红外波段的吸收，使激光能量得以在杂草组织中实现高效、精准的热破坏。
目前，激光除草的研究与应用涵盖了多种技术路线:
01.
蓝光二极管激光器方案
使用场景和适用作物具有一定局限性
可能损伤视网膜
图2 基于450nm波长的激光除草设备[2]
在一些小型化作业场景中，部分系统采用基于蓝光二极管激光器(波长 450 nm) 的设计方案[2]。由于叶绿素对该波段光具有较高的吸收率，杂草的叶片能有效吸收激光能量，导致叶绿素分子结构受损，光合作用受阻，从而实现除草效果。
然而，蓝光激光在除草应用中存在一定局限性。首先，叶绿素在植物体内分布不均，若照射部位叶绿素含量较低，或位于白化组织及根系区域，激光能量的吸收效率会明显下降，影响除草效果，这也使得该技术的使用场景和适用作物种类受到一定限制。其次，高功率蓝光激光可能对操作人员的视网膜构成潜在风险。蓝光会被眼睛的晶状体聚焦至视网膜，过强的蓝光照射可能导致永久性视损伤，因此，在实际应用中需要采取严格的防护措施。
02.
CO₂激光器方案
体积大，难以集成到轻量化或小型移动作业平台
对杂草再生的长期控制效果具有一定的局限性
图3 基于CO2激光器的激光除草设备
另一类激光除草技术是基于CO₂激光器（波长10.6 µm）的设计方案，该波段与水分子的强吸收区高度重合，因此激光能量可被植物细胞内的水分迅速吸收并转化为热能，从而实现叶片或茎顶端的灭活[3]。在大型、平坦农田环境中，基于该方案能够有效清除地表杂草。然而，CO₂激光系统通常体积较大，不适用于丘陵、山区等地形复杂区域，也难以集成到轻量化或小型移动作业平台。此外，由于10.6 µm波长激光的能量容易被植物表层快速吸收，形成叶片表层的炭化，这致使热量难以传递至杂草的茎部或根部组织，可能导致激光未能完全杀死植物。因此该技术方案对杂草再生的长期控制效果具有一定的局限性。
03.
近红外波段半导体激光器
高效的光热转换能力，适宜的组织穿透特性
体积小，易集成到模块化阵列或移动平台
为响应现代农业模块化、轻量化、环保化的趋势，越来越多新一代轻型激光除草设备相继问世。近红外波段的半导体激光器因其结构简单、成本较低等优势，成为激光除草领域的研究热点。
图4 水在400nm-1750nm波长的吸收系数[4]
如图4所示，传统近红外波段（如 980 nm波长）在水分子中的吸收率有限，难以实现高效的光热转换[4]。相比之下，1470 nm波长激光处于水分吸收增强较强的区域[5-6]。在这一波段，激光能量能够更高效地被植物吸收，产生更强的光热效应，从而实现更高效的能量转化与组织加热。
同时，相较于10.6 µm波长激光，1470 nm 波长激光的组织穿透深度适中，既能有效作用于植物浅层至中层结构，又不会过深穿透至根系区域。在实际农业应用中，该特性使得激光在照射杂草叶片和茎杆时，能更彻底地破坏导管组织。通过阻断养分运输通路，从而使杂草逐渐失水枯萎，实现精准高效的除草效果。与此同时，该过程不会破坏土壤结构，也不会对邻近作物根系造成热损伤，具有更高的安全性与可控性。
在工程实现层面，基于1470 nm 波长的半导体激光器具有体积小、能效高的优势，更易于集成到模块化阵列或移动平台中。此外，该激光器可以直接通过光纤直接输出，无需依赖复杂的谐振腔或振镜系统，这意味着在户外农业环境中使用时，无需频繁进行光路校准与维护，从而提高了使用稳定性和便捷性。综合来看，1470 nm波长激光不仅具备高效的光热转换能力和适宜的组织穿透特性，还能满足农业设备模块化、轻量化及精准化发展的需求，为未来绿色除草技术的发展提供了新的方向与可能。
图5 长光华芯1470nm 300W 400μm光纤耦合激光器
在核心设备性能层面，长光华芯依托自主研发的高功率芯片，搭配自研基于主动对位（AA，Active Alignment）技术的模块自动化组装设备，成功推出一款专为1470 nm波段量身打造的光纤耦合激光器，以核心技术突破为现代农业除草设备赋能。该产品采用 400 μm 光纤芯径设计，连续输出功率稳定达到 300 W 以上。
图6 1470波段光纤耦合激光器15℃-30℃连续输出功率曲线
如图 6 所示，在 15℃–30℃冷却温度区间内，模块输出功率始终保持在 300 W 以上，电光转换效率超过 26%，展现出优异的功率稳定性与能量利用率。得益于自主可控的芯片与封装工艺，产品在宽温域、宽电流范围内均具备可靠的工作特性。
图7 1470波段光纤耦合激光器25℃冷却温度下光谱输出曲线
此外，该产品光谱宽度（FWHM）＜6 nm，在3A-20A的工作电流范围内均展现出良好的光谱特性与波长稳定性，进一步保障了除草作业的精准度，为激光除草的高效、稳定开展提供了多重技术保障。
该产品紧凑化、高集成度的模块化结构，源自长光华芯对芯片与模块的深度匹配设计，可快速集成于多功能激光除草平台，为现代农业模块化、轻量化、可快速组装的智能除草装备，提供高能效、高稳定性、高可靠性的自主可控核心光源。
该产品将亮相本届慕尼黑上海光博会，欢迎莅临N5馆5402长光华芯展位沟通洽谈！
未来，随着激光除草技术与智能识别、移动平台、自动导航系统融合，农业生产中化学除草剂的使用将逐步被替代或大幅减少，从而实现真正意义上的环保、高效、精准除草。
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