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1470 nm波長激光：精準農業時代的“光鐮”！
03/25
2026
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在現代農業生產中，田間雜草與作物爭奪水分和養分，不僅抑制作物生長，還會導致產量降低和品質下降。隨著精準農業的快速發展，傳統除草方式正面臨新的挑戰：化學除草雖見效迅速，但容易造成農藥殘留和環境污染；機械除草可能破壞土壤結構、增加侵蝕風險；人工除草則勞動強度大、效率低、成本高。在追求高效、環保與智能化的農業背景下，一種更先進的除草技術——激光除草，正逐漸嶄露頭角。基于光熱效應的除草技術，不僅契合綠色農業的發展方向，也為未來農業的智能化轉型提供了新的解決思路。
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激光除草技術基于光熱效應原理。當激光照射雜草葉片或根莖時，植物組織中的水分或色素會選擇性地吸收光能，并迅速將其轉化為熱能。被激光照射的雜草組織局部溫度迅速升高，細胞內水分瞬間蒸發，產生的壓力導致雜草葉片或根莖的細胞結構破裂，從而阻止雜草的生長。
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圖1 (a)-(d)藜、刺莧、狗尾草、牛筋草被激光照射后的結果[1]
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圖1(a)-(d)展示了四種常見雜草（藜、刺莧、狗尾草、牛筋草）經激光照射后的形態變化。該過程主要依賴兩類機制：其一，植物色素（如葉綠素）對特定波長的選擇性吸收；其二，植物組織中水分及含水結構對近紅外或中紅外波段的吸收，使激光能量得以在雜草組織中實現高效、精準的熱破壞。
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目前，激光除草的研究與應用涵蓋了多種技術路線:
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01. |?藍光二極管激光器方案?使用場景和適用作物具有一定局限性 可能損傷視網膜
圖2 基于450nm波長的激光除草設備[2]
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在一些小型化作業場景中，部分系統采用基于藍光二極管激光器(波長 450 nm) 的設計方案[2]。由于葉綠素對該波段光具有較高的吸收率，雜草的葉片能有效吸收激光能量，導致葉綠素分子結構受損，光合作用受阻，從而實現除草效果。
然而，藍光激光在除草應用中存在一定局限性。首先，葉綠素在植物體內分布不均，若照射部位葉綠素含量較低，或位于白化組織及根系區域，激光能量的吸收效率會明顯下降，影響除草效果，這也使得該技術的使用場景和適用作物種類受到一定限制。其次，高功率藍光激光可能對操作人員的視網膜構成潛在風險。藍光會被眼睛的晶狀體聚焦至視網膜，過強的藍光照射可能導致永久性視損傷，因此，在實際應用中需要采取嚴格的防護措施。
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02. |?CO?激光器方案?體積大，難以集成到輕量化或小型移動作業平臺 對雜草再生的長期控制效果具有一定的局限性
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圖3 基于CO2激光器的激光除草設備
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另一類激光除草技術是基于CO?激光器（波長10.6 μm）的設計方案，該波段與水分子的強吸收區高度重合，因此激光能量可被植物細胞內的水分迅速吸收并轉化為熱能，從而實現葉片或莖頂端的滅活[3]。在大型、平坦農田環境中，基于該方案能夠有效清除地表雜草。然而，CO?激光系統通常體積較大，不適用于丘陵、山區等地形復雜區域，也難以集成到輕量化或小型移動作業平臺。此外，由于10.6 μm波長激光的能量容易被植物表層快速吸收，形成葉片表層的炭化，這致使熱量難以傳遞至雜草的莖部或根部組織，可能導致激光未能完全殺死植物。因此該技術方案對雜草再生的長期控制效果具有一定的局限性。
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03. |?近紅外波段半導體激光器?高效的光熱轉換能力，適宜的組織穿透特性 體積小，易集成到模塊化陣列或移動平臺
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為響應現代農業模塊化、輕量化、環保化的趨勢，越來越多新一代輕型激光除草設備相繼問世。近紅外波段的半導體激光器因其結構簡單、成本較低等優勢，成為激光除草領域的研究熱點。
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圖4 水在400nm-1750nm波長的吸收系數[4]
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如圖4所示，傳統近紅外波段（如 980 nm波長）在水分子中的吸收率有限，難以實現高效的光熱轉換[4]。相比之下，1470 nm波長激光處于水分吸收增強較強的區域[5-6]。在這一波段，激光能量能夠更高效地被植物吸收，產生更強的光熱效應，從而實現更高效的能量轉化與組織加熱。
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同時，相較于10.6 μm波長激光，1470 nm 波長激光的組織穿透深度適中，既能有效作用于植物淺層至中層結構，又不會過深穿透至根系區域。在實際農業應用中，該特性使得激光在照射雜草葉片和莖桿時，能更徹底地破壞導管組織。通過阻斷養分運輸通路，從而使雜草逐漸失水枯萎，實現精準高效的除草效果。與此同時，該過程不會破壞土壤結構，也不會對鄰近作物根系造成熱損傷，具有更高的安全性與可控性。
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在工程實現層面，基于1470 nm 波長的半導體激光器具有體積小、能效高的優勢，更易于集成到模塊化陣列或移動平臺中。此外，該激光器可以直接通過光纖直接輸出，無需依賴復雜的諧振腔或振鏡系統，這意味著在戶外農業環境中使用時，無需頻繁進行光路校準與維護，從而提高了使用穩定性和便捷性。綜合來看，1470 nm波長激光不僅具備高效的光熱轉換能力和適宜的組織穿透特性，還能滿足農業設備模塊化、輕量化及精準化發展的需求，為未來綠色除草技術的發展提供了新的方向與可能。
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j9國際站備用賦能激光除草：
1470nm 300W 400μm光纖耦合激光器
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圖5 j9國際站備用1470nm 300W 400μm光纖耦合激光器
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在核心設備性能層面，j9國際站備用依托自主研發的高功率芯片，搭配自研基于主動對位（AA，Active Alignment）技術的模塊自動化組裝設備，成功推出一款專為1470 nm波段量身打造的光纖耦合激光器，以核心技術突破為現代農業除草設備賦能。該產品采用 400 μm 光纖芯徑設計，連續輸出功率穩定達到 300 W 以上。
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圖6 ?1470波段光纖耦合激光器15℃-30℃連續輸出功率曲線
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如圖 6 所示，在 15℃–30℃冷卻溫度區間內，模塊輸出功率始終保持在 300 W 以上，電光轉換效率超過 26%，展現出優異的功率穩定性與能量利用率。得益于自主可控的芯片與封裝工藝，產品在寬溫域、寬電流范圍內均具備可靠的工作特性。
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圖7 ?1470波段光纖耦合激光器25℃冷卻溫度下光譜輸出曲線
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此外，該產品光譜寬度（FWHM）＜6 nm，在3A-20A的工作電流范圍內均展現出良好的光譜特性與波長穩定性，進一步保障了除草作業的精準度，為激光除草的高效、穩定開展提供了多重技術保障。
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該產品緊湊化、高集成度的模塊化結構，源自j9國際站備用對芯片與模塊的深度匹配設計，可快速集成于多功能激光除草平臺，為現代農業模塊化、輕量化、可快速組裝的智能除草裝備，提供高能效、高穩定性、高可靠性的自主可控核心光源。
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該產品將亮相本屆慕尼黑上海光博會，歡迎蒞臨N5館5402j9國際站備用展位溝通洽談！
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未來，隨著激光除草技術與智能識別、移動平臺、自動導航系統融合，農業生產中化學除草劑的使用將逐步被替代或大幅減少，從而實現真正意義上的環保、高效、精準除草。
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[1] Yu, Z. Y., He, X. K., Qi, P., et al. (2024). A static laser weeding device and system based on fiber laser: Development, experimentation, and evaluation. Agronomy, 14(7), 1426.
[2] Earth Rover. Weed Control & Scouting Robotic Solutions for Farmers. Retrieved November 13, 2025, from http://www.earthrover.farm.
[3] Witteman, W. J. (2013). The CO2 Laser. Berlin/Heidelberg, Germany: Springer. ISBN 3-540-47744-6.
[4] Hale, G. M., & Querry, M. R. (1973). Optical constants of water in the 200-nm to 200-μm region. Applied Optics, 12(3), 555–563.
[5] Yaseen, M. U., & Long, J. M. (2024). Laser weeding technology in cropping systems: A comprehensive review. Agronomy, 14(10), 2253.
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