【智慧农业】2μm连续掺铥光纤激光器：告别除草剂，铥激光也能“点杀”杂草！

激光除草并不是简单把杂草“点着”。更准确地说，它利用特定波长激光被植物含水组织吸收后转化为热量，使生长点、茎基部或分生组织发生局部热损伤。只要关键组织失活，杂草就会停止生长、倒伏或在后续几天内死亡。

图2.激光除草的热损伤机理示意。

2μm附近的铥光纤激光路线尤其值得关注。Frontiers in Plant Science 2024年的实验使用50W、2μm、2mm光斑的铥掺杂光纤激光；AgriEngineering 2026年的田间机器人则使用1930-2050nm、200W铥光纤激光。这些波段都围绕植物水分吸收和光纤化集成能力展开。

Andreasen等人在Frontiers in Plant Science发表的研究，重点考察常见杂草在不同生长阶段对激光剂量的响应。实验使用50W、2μm铥掺杂光纤激光，光斑直径2 mm，对顶端分生组织进行照射。

图3 杂草生长期与激光控制难度示意。根据Andreasen等（2024）的结论重绘：子叶期至2叶期更适合处理，4叶期多数物种再生风险上升。

结论很直接：杂草越小，越容易被激光控制。黑草（Alopecurus myosuroides）在一叶期最容易被控制；多数双子叶杂草在子叶期最敏感；到了4叶期，许多物种会在照射后再生。

这给机器人系统提出了一个窗口期要求：激光除草不能等杂草长大再处理。越早识别、越早命中，所需能量越低，作业效率越高，再生风险也越小。

更令人关注的是2026年AgriEngineering论文。这项研究不再停留在实验室盆栽，而是在德国Westhof Bio GmbH的商业有机农场中，验证了一套基于200W铥光纤激光的自主除草机器人。

图4.200W铥光纤激光机器人田间验证关键指标。根据Czymmek等（2026）胡萝卜和甜菜有机农场试验数据重绘。

系统使用不可见红外Class 4激光，波长范围1930-2050nm，光束质量M²<1.2。每株杂草的照射时间根据大小在50-200ms之间调整，对应能量10-40J。机器人通过相机和CNN识别作物/杂草，再由振镜扫描头对杂草边界框执行螺旋照射。结果显示，激光本体的杀伤能力已经相当可靠：胡萝卜一次作业的靶标致死率为95.4%；甜菜中最高达到98.7%。真正限制整体田间效果的，其实是AI检测率、作物冠层遮挡、模板对齐和地形等系统工程问题。

图5  2025年Bejo开放日展示的铥激光器除草机

• 速度：0.5 km/h仍偏慢，未来需要更高并行度、更快识别和更高作业宽度。
• 遮挡：甜菜后期检测率下降说明，作物冠层一旦盖住杂草，顶视相机就会失效。
• 安全：1930-2050nm不可见红外Class 4激光必须配套可靠遮光、联锁、急停和人员防护。
• 能耗：单株10-40J看似不高，但高密度杂草、低速作业和冷却系统会共同影响整机能耗。
• 泛化：不同土壤、作物、杂草群落、天气和光照条件下，还需要多季节、多地点验证。