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| | | 激光工业推动传统产业和新兴产业发展 | | | 激光工业推动传统产业和新兴产业发展 |
| | 2006-9-14 0:00:00 来自：广州精密仪器网 | 世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如信息光电子技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：
1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。
激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光打孔：国内激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。
激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。
激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。
激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。
激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20%的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内 目前市场的需求，市场占有率达90%以上。
存在的主要问题：
首先，科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段。
第二，激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段。
第三，对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行得极少。
第四，激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。
目前激光加工技术及产业发展研究开发的重点可归纳为：
(1)新一代工业激光器研究，目前处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用。
(2)激光微细加工的应用研究。
(3)激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加工用激光器的生产基地。
(4)加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。
(5)建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。
(6)激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2-3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及YDD/YDM等方面开展工作。
(7)激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。
(8)激光表面处理技术研究。开展YDD/YDM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度地应用于生产。
(9)激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。
(10)开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。
2010年产业规模将达5万亿美元
21世纪知识经济占主导地位，大力发展高新技术是迎接知识经济时代到来的必然选择。激光及光电子技术是当今发展最快，应用日趋广泛的最重要的高新技术，必将成为21世纪的支柱产业。科学界预测，到2005 年，光子产业的产值将达到电子产业产值水平，到2010年，以光电子信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模，到 2010年至2015 年，光子产业可能会取代传统电子产业。光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。
21世纪的激光技术与产业将支撑并推进高速、宽带、海量的光通信以及网络通信，并将引发一场照明技术革命，小巧、可靠、寿命长、节能半导体(LED)将主导市场，此外将推出品种繁多的光电子消费类产品 (如VCD、D VD、数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、智能手机、手持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设备如激光打印、传真和复印等)以及新型的信息显示技术产品(如CRT、LCD及PDP、 FED、OEL平板显示器等 )并进入人们的日常生活中。激光产品已成为现代武器的“眼睛”和“神经”，光电子军事装备将改变21世纪战争的格 局。
经过几十年的努力，我国激光技术有了较为雄厚的技术基础，锻炼培养了一支素质较高的队伍。可以预计，我国激光科学技术和产业在21 世纪必将有更辉煌的发展。
信息光电子与国际先进水平差距缩短
在高技术的支持下，我国信息光电子取得了重大进展：关键技术量子阱材料和量子阱器件的研制已取得决定性的突破，该项成果被评为1996 年电子十大科技成果之一。掺铒光纤放大器、量子阱和DFB激光器及高速光收发模块、大功率半导体激光器及其泵浦的绿光固体激光器和高亮度红、橙、黄发光二极管等一批重大重点课题取得重要成果，已进入转化为产业的新阶段。GaN老蓝光、LED和LD、DFB-LD+EA光子集成组件、 GeSi/Si材料和量子点器件，面发射激光器等致力于技术创新的课题取得显著进展，有些项目如四方相GaN材料、LED器件及DF B- LD+EA光子集成器件，应变量子阱半导体光放大器等达到国际先进水平。这些成果，特别是量子阱技术的突破给今后的发展创造了良好的条件。
我国在信息光电子领域的高技术研究开发方面缩短了与国际水平的差距。同时，在高技术的支持下，一些院所、公司正在从事将一批光电子科研成果向产业化转化，如中科院半导体研究所、中科院长春光机所、中国电子科技集团公司第十三研究所、武汉邮电科学研究院、武汉楚天激光集团有限公司、华中科技大学激光技术国家重点实验室、激光加工 国家研究中心、深圳开发科技、深圳飞通公司等，它们在产学研结合促进科技成果转化为生产力、促进科研院所的体制改革向企业化转轨等关键问题上都迈出了大步。这些科研成果转化基地正在成长为我国信息光电子的产业群体，其相关产值和营销额有较大幅度增长。
掺铒光纤放大器(EDFA)是高速大容量光纤通信系统必需的关键部件，国内企业产品占国内市场40%的份额。我国也是目前国际上少数几个有能力研制PIC和OEIC的国家。808nm大功率激光器及其泵浦的固体绿光激 光器、670nm红光激光器已产品化和商品化并批量占领国际市场。国内移动通信的光纤直放站所用的光电器件，90 %使用国产器件，国产1.55 μmDFB激光器战胜了国外器件，占领了100%的国内市场。
随着IP技术的发展，IPoverDWDM的呼声甚高，给未来宽带信息通信网的发展带来巨大的冲击，也给众多中、小型企业在DWDM大市场上带来无限商机。这包括有源器件，如符合DWDM系统规定标准波长的高速DFB 激光器、宽带及有平坦增益谱的光纤放大器。除了DWDM相关的元器件的巨大市场需求外，塑料光纤和塑料封装的激光器及其他低价格的光电子器件和模块也将有日益增长的需求。
在光显示和光存储方面，蓝、绿色LED、LD的发展迅猛。蓝光LED的市场售价不断下降，蓝紫光LD( 400nm，5mW，万小时寿命，5000美元售价)已进入市场。蓝绿色发光器件有十分巨大的应用市场，包括大型全 色显示屏、下一代DVD等，以蓝光LED为基础的白光“半导体灯”已成为世界上各大照明灯泡公司全力开发的节能光源，它的应用普及将引起能源领域的一场革命。
有利的条件是在国家有关部委的支持下，我国的光电子产业的发展已有了坚实的基础。掺铒光纤放大器，2. 5Gb/s以下激光收发模块，高亮度红橙黄蓝光LED，大功率半导体激光器及其泵浦的固体激光器，DVD 用的高质量的红光激光器等产品已实实在在进入了市场，在性能价格各方面与国外同类产品进行竞争，靠自己的力量取得了一席之地。以北京、深圳、武汉、石家庄和长春等五个成果转化产业基地为主的光电子企业群将使我国的信息光电子事业持续发展。因此把握良机、制订好光电子的发展规划至关重要。
技术应用
激光化学：应用广泛
传统的化学过程，一般是把反应物混合在一起，然后往往需要加热 (或者还要加压)。加热的缺点，在于分子因增加能量而产生不规则运动，这种运动破坏原有的化学键，结合成新的键，而这些不规则运动破坏或产生的键，会阻碍预期的化学反应的进行。
但是如果用激光来指挥化学反应，不仅能克服上述不规则运动，而且还能获得更大的好处。这是因为激光携带着高度集中而均匀的能量，可精确地打在分子的键上，比如利用不同波长的紫外激光，打在硫化氢等分子上，改变两激光束的相位差，则控制了该分子的断裂过程。也可利用改变激光脉冲波形的方法，十分精确和有效地把能量打在分子身上， 触发某种预期的反应。
激光化学的应用非常广泛。制药工业是第一个得益的领域。应用激光化学技术，不仅能加速药物的合成，而又可把不需要的副产品剔在一旁，使得某些药物变得更安全可靠，价格也可降低一些。又如，利用激光控制半导体，就可改进新的光学开关，从而改进电脑和通信系统。激光化学虽然尚处于起步阶段，但其前景十分光明。
激光医疗：保持强劲发展势头
激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。多年来，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，为医学的发展做出了贡献。现在，在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。
当前激光医学的出色应用研究主要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管疾病；准分子激光角膜成形术；激光治疗前列腺良性增生；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在吻合术上的应用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的应用；弱激光疗法等。
激光医疗近期研究重点包括：
(1)研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数( 包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等)对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据；
(2)研究弱激光的细胞生物学效应及其作用机制，包括；弱激光与细胞生物学现象(基因调控和细胞凋亡) 的关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫(抗菌、抗毒素、抗病毒等)的关系及其机制；
(3)深入开展有关光动力疗法机制、激光介入治疗、激光心血管成形术与心肌血管重建机制的研究，积极开拓其他新的激光医疗技术。
(4)对医学光子技术中重要的、新颖的光子器件和仪器设置进行开发性研究，例如：研制医用半导体激光系统、角膜成形与血管成形用准分子激光设备、激光美容(换皮去皱、植发)设备或其他新激光设备，开拓新工作波段的医用激光系统以及开发Ho：YAG及Er：YAG激光手术刀等。
超快超强激光：前沿研究方向
超快超强激光主要以飞秒激光的研究与应用为主，作为一种独特的科学研究的工具和手段，飞秒激光的主要应用可以概括为三个方面，即飞秒激光在超快领域内的应用、在超强领域内的应用和在超微细加工中的应用。
飞秒激光在超快现象研究领域中所起到的是一种快速过程诊断的作用。飞秒激光尤如一个极为精细的时钟和一架超高速的“相机”可以将自然界中特别是原子、分子水平上的一些快速过程分析、记录下来。
飞秒激光在超强领域中的应用(又称为强场物理)归因于具有一定能量的飞秒脉冲的峰值功率和光强可以非常之高。这样的强光所对应的电磁场会远大于原子中的库仑场，从而很容易地将原子中的电子统统剥落出去。因此，飞秒激光是研究原子，分子体系高阶非线性、多光子过程的重要工具。与飞秒激光相应的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。 飞秒强光可以用来产生相干X射线和其它极短波长的光，可以用于受控核聚变的研究。
飞秒激光用于超微细加工是飞秒激光用于超快现象研究和超强现象研究之外的又一个飞秒激光技术的重要的应用研究领域。这一应用是近几年才开始发展起来的，目前已有了不少重要的进展。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞秒激光超微细加工与先进的制造技术紧密相关，对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。
新型激光器研究：成果丰硕
激光测距仪是激光在军事上应用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度。激光雷达相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高。由于同样的原因，激光雷达不存在“盲区”，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补足。还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用的激光武器技术运用。在激光实战演习的战场上，酷似实际战争场面。
激光武器的优点；无需进行弹道计算；无后坐力；操作简便，机动灵活，使用范围广；无放射性污染，效费比高。
激光武器的分类：不同功率密度，不同输出波形，不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应。激光器的种类繁多，名称各异。按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激光器和分子型、离子型、准分子型的气体激光器等。按其发射位置可分为天基、陆基、舰载、车载和机载等类型，按其用途还可分为战术型和战 略型两类，即战术激光武器和战略激光武器。
我国激光武器的研究一直处在非常重要的战略地位，中国科学院和中国工程物理研究院从上世纪80年代开始联合攻关，承担了“神光”系列激光系统的研制和ICF物理实验，取得了国际瞩目的成就。
在新型激光器研究方面也取得丰硕的成果，两种高功率连续波化学激光器，3.8微米的氟氘激光器(DF) 和1.315微米短波长氧碘激光器(COIL)，均取得突破性进展，功率和光束质量仅次于美国，达到当前国际水平。 自由电子激光器和多波长可调谐激光也取得了可喜进展。
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激光产业发展目标
激光产业在未来十年的发展目标是：在基础研究方面，保持与国际先进水平同步发展的态势力争有所超越，创新；在研发和产业化方面，重点突破若干关键技术，解决制约我国激光产业发展的瓶颈，促进现有技术的产业化，建立激光产业群体，实现可持续发展。
发展重点
(1)激光器：包括半导体激光器(用于光通信、光存储、医疗、加工和装饰)和其他固体、气体等各类激光器(应用于军事、工业、医疗等各领域)；
(2)光电子晶体材料和光学玻璃等关键器件和部件；
(3)激光医疗设备；
(4)激光工业加工设备；
(5)激光全息；
(6)光电子元器件；
(7)红外探测器及其配套件、红外测温、热像仪等专用设备。
“十五”发展的重点是光电子材料、元器件、光纤通信、激光器和激光加工等。
政策措施
要实现我国激光技术产业发展的总体目标，首先需要稳定和吸引一大批中青年科技人才和管理人才，需要有足够的资金投入，创造一种加速我国激光产业化进程的机制和环境，引进国际最先进的研究、开发和生产设备，并且有利于自主创新。
1.重点支持自主开发和拥有自主知识产权的科研成果产业化，培育若干具有国际竞争力的企业集团，建设若干个激光产业研发及生产基地。
2.设立重点工程专项，加强规划，协调发展，对其实行投资倾斜政策。
3.设立激光产业发展基金，用于大生产技术，研究，科研成果商品化和重大引进技术的消化和吸收。
4.对发展激光产业实行优惠税收政策。
5.注意加强相关配套的原材料，关键零部件项目的建设，发展相应的测试仪器和设备，做到同步发展。
6.继续培养和造就一支高素质人才队伍，鼓励境外科技人员以及出国留学人员到光电子园区工作，采取并落实措施。
7.作为激光企业，在外部环境的支持下，必须不断完善自身素质，提高企业的技术水平和市场判断能力，加快新产品的开发周期，在技术上获得领先，在产品上重视产业化及规模化生产技术的研究，强化工艺技术，规格化生产，注意质量及可靠性，确保在新环境和新技术中走向发展壮大。
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联系人：丘永达 电话：020-80905357,13450405006,E-mail：cnhld@163.com | |
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联系电话：020-87683529/020-87684676/020-80905357 传真：020-87684676 Email：cnhld@163.com |
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