目錄:一,激光技術對國民經濟及社會發(fā)展的重要作用
二,國外激光產業(yè)發(fā)展現狀
三,我國激光產業(yè)發(fā)展現狀及存在的主要問題
四,我國激光產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的建議
五,加速我國激光行業(yè)發(fā)展的對策和措施
六,激光在產業(yè)中的具體運用
(一),激光技術對國民經濟及社會發(fā)展的重要作用激光技術是二十世紀與原子能、半導體及計算
機齊名的四項重大發(fā)明之一。三十多年來,以激光器為基礎的激光技術在我國得到了迅速的發(fā)展,現已
廣泛用于工業(yè)生產、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科學研究等各個領域,取得了很
好的經濟效益和社會效益,對國民經濟及社會發(fā)展將發(fā)揮愈來愈重要的作用。
(1)、促進科學技術的發(fā)展和進步由于激光具有很好的單色性、相干性、方向性和高能量密度,它
已滲透到各個 學科領域,形成了新的學科。例如:激光信息存儲與處理、激光材料加工、激光醫(yī)學及
生物學、激光通訊 、激光印刷、激光光譜學、激光化學、 激光分離同位素、激光核聚變、激光檢測與
計量及軍 用激光技術等, 極大地促進了這些領域的技術進步和前所未有的發(fā)展。
(2)、在國民經濟中形成新的產業(yè)部門激光產業(yè)正在我國逐步形成,其中包括激光音像、激光通訊
、激光加工、激光 醫(yī)療、激光檢測、激光印刷設備及激光全息等,這些產業(yè)正在作為新的經濟增長點
而引起高度重視。例如,全國已有380多家生產激光音像設備(CD、LD、VCD、DVD),1996年在我國已
形成年產值85 億元以上的新產業(yè),發(fā)展異常迅速。又如, 利用激光全息技術開拓了激光模壓全息防偽
商標和裝飾業(yè),也已成為較大規(guī)模的新興產業(yè)。
(3)、對傳統工業(yè)的改造將發(fā)揮愈來愈顯著的作用激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、
電子、電器、航空、冶金、機 械制造等國民經濟重要部門,對提高產品質量、勞動生產率、自動化、
無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。例如,天津冷軋薄板廠由于采用了激光毛化技術,將
面臨倒閉的企業(yè)起死回生,僅1995年生產了6億元的激光毛化鋼板, 出口創(chuàng)匯數千萬美元;又如西安內
燃機配件廠建立了12條缸套激光熱處理生產線,將缸套壽命提高了1-3倍,現已在全國范圍推廣,該廠
近期還要擴建12條生產線, 以滿足用戶對激光缸套的需求。因此,發(fā)展激光產業(yè)將帶動傳統工業(yè)的改
造和發(fā)展。
(4)、促進醫(yī)療技術進步,提高人民健康水平激光醫(yī)療技術目前已在眼科、外科、內科、婦科、耳
鼻喉科、心血管科、皮膚 科等領域得到 廣泛應用,激光醫(yī)療設備已進入縣以上的醫(yī)院, 這對醫(yī)療技
術的進步和提高人民健康水平起著重要作用。
(5)、加速我國國防技術的現代化激光技術在軍事上已應用于測距、指向、制導、通訊及戰(zhàn)術武器
等,為改善武 器裝備的性能,提高命中率和可靠性,起到重要的作用,并有一定數量的產品出口。 二
、國外激光產業(yè)發(fā)展現狀根據《激光集錦》1997年報導, 世界激光器市場可劃分為三大區(qū)域:美國(
包括北美)占55% ,歐州占22%,日本及太平洋地區(qū)占23%。在世界激光市場上日本在光電子技術方面占
首位,美國占第二位;在激光醫(yī)療及激光檢測方面則美國占首位;而在激光材料加工設備方面則是 德
國占首位。因此我們選擇美國、日本、 德國三個國家,介紹他們激光產業(yè)發(fā)展情況,也就反映了世界
激光市場的基本情況及其發(fā)展趨勢。
(6)、美國激光產業(yè)發(fā)展現狀目前尚未見到全面介紹美國激光——光電子產業(yè)發(fā)展現狀的完整資料
,現只能 根據有關文獻進行綜述。 1994年美國光電子工業(yè)發(fā)展協會對1993年世界激光——光電子市場
作了統計, 總產值為750億美元;美國光電子工業(yè)發(fā)展協會把顯示器、光存貯、 光通訊及硬拷貝稱之
為光電子技術產業(yè),并認為這個領域目前是日本占主導地位,在750 億美元產值中日本約占50%,因此
美國認為當前應注意發(fā)展光電子技術產業(yè), 使美國在這個領域能占有較大的份額。下面主要介紹美國
激光加工和激光醫(yī)療方面的發(fā)展情況。 根據1996年《工業(yè)激光評論》雜志報導,1995年世界范圍銷售
的激光加工系統 約11億美元,美國占31%、歐州32%、日本35%,其它2%。 在美國比較著名的激光公司
有:相干公司、光譜物理公司、聯合工藝(URTC)公司、PRC公司、 燃燒工程公司、Lumonics公司、
Synrad公司、Marted Lasers公司、Electrox公司和ESI 公司等。相干公司和光譜物理公司是美國最大
的兩個激光公司,占美國激光公司總銷售額的40%以上。光譜物理公司的工業(yè)激光部的高功率CO2激光器
股權已為德國Rofin-Sinar公司所收購,主要生產1.5kW-6kW橫流CO2激光器。 聯合工藝公司主要生產
波長1.3微米的碘激光器及二極管激勵固體激光器的紫外準分子激光器等?,F在的二氧化碳激光器功率
多為500W,而理論上可高達100KW,近期報導已達到20kW。且其功率越大,效果越好, 故日本對二氧化
碳激光器開發(fā)研究寄以期望。 大功率一氧化碳激光器是日本業(yè)創(chuàng)造研究所和三菱重工聯合研制的,89
年實現 了連續(xù)4小時5kW,短時間達7kW振蕩輸出。93年其輸出功率已達到20kW, 它在切割焊接中正嶄
露頭角,而高功率的碘激光器是日本產業(yè)創(chuàng)造研究和川崎重工一起開發(fā)的,1989年實現了近紅外的振蕩
,它是化學激光器,特征是振蕩效率極高,5kW 一氧化碳激光器、1kW碘激光器裝置已設立在92年4月成
立的激光應用工學中心。 此外,弧光燈激勵固體激光器放大都為3kW, 因其存在功率增大導致光束發(fā)
散角偏大和脈沖振蕩重復頻率低的缺點,日本正努力研制半導體激勵YAG 激光器來取而代之。據報導,
1kW二極管激勵YAG激光器由正由日本國立研究所制成。 目前,大功率準分子激光器及其在材料加工中
的應用開發(fā)研究引起人們極大興 趣。它可利用短波長高能光子不產生熱量的分子水平的加工。86年日
本通產省工業(yè)技術院提出的18家民間企業(yè)與3所國立研究所參與的“超尖端加工系”, 就是以準分子激
光和離子束為中心工具,其目標是在93年研制成2kW級Xecl 準分子激光設備。 激光加工切割的靈活性
、高精度、高速度、高可靠性、高效率等優(yōu)點,不僅在 薄板工業(yè)上,而且在金屬、塑料、陶瓷業(yè)中也
廣為使用。最近5軸或6軸三維激光切割機器人已在日本汽車、機械、電機重工中大顯身手。 同時,激
光焊接在日本電子、電機、汽車、車輛零部件,OA機器等小件、大批 量生產中得到 迅速發(fā)展。是本產
業(yè)界生產線上成功應用激光焊為世界所矚目。 如在汽車車體制造中日本大膽采用有坯料時就將薄鋼板
實施激光焊接后沖壓成型的新方法(Tailorcd Blank Welding),現已為世界上絕大多數汽車廠家所仿
效。日本以5kW及10kW二氧化碳激光焊代替了閃光對焊進行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接。在薄、中厚板鋼管 #p#分頁標題#e#
、高級薄型不銹鋼制造時,與高頻電焊、TIG焊相結合,保證了質量的穩(wěn)定性。日本致力于激光超薄板
焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片, 無法熔焊, 但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成
功,顯示了激光焊的廣闊前途。日本引以為自豪的是在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應
堆中蒸氣發(fā)生器細管的維修,這是日本最大限度地利用YAG激光(波長1.06微米)能以石英光纖遙控傳
輸和集周邊設備之大成的尖端技術。隨著今后3kW以上的高功率、高亮度且控制維修性皆佳的YAG激光器
和新一代二極管激光激勵大功率固體激光器的誕生,軟硬件的配套,預計這一領域的激光技術還會有新
的突破。 據1992年東京大學研究與發(fā)展研究所T•Fujioka報道,日本CO2激光加工機年 銷售額為558
億日元,YAG激光加工機年銷售額為177億日元,總計為735億元日。CO2激光加工機主要應用于切割和打
孔(占總臺數的94.8%),焊接(2.8%); 而YAG激光加工機主要應用于標記(34.5%),焊接(27.7%
),微調(10%)和切割、打孔(8.9%)。日本生產CO2激光器的廠商有60家,生產CO2激光加工機的主
要制造廠商為三菱電氣、松下電氣、Amada和Mazak等公司,占日本激光加工市場70%左右。另外德國
Rofin-Sinar激光公司和日本Marubeni及Nippei Toyama公司合資經營;德國的Trumpf激光技術公司和日
本石川島播磨重工合資經營,這表明德國的CO2激光加工機已進入了日本激光加工市場。日本生產YAG激
光器的有日本電氣、富士電視、東芝等30家生產廠家。約70-80%的CO2激光器用于切割,約有70%的YAG
激光器用于電子工業(yè)。另外,據統計,到1995年為止日本已建立了1500家激光加工站。近來年,以每年
新建200-300家的速度在遞增。日本激光醫(yī)療始于Ar激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、內科Nd:YAG
激光內窺鏡等迎來了光能熱利用激光醫(yī)療第一代。隨著激光技術的進步,激光化學效益治療法誕生,開
辟了激光醫(yī)療的康莊大道,現今,日本所有醫(yī)療領域中都應用了激光。日本利用Nd:YAG倍頻激光(532
nm)的醫(yī)用激光器,其基波功率為60W, 調諧 波功率約20W,通過KTP變換波長,已在醫(yī)療上廣泛使用
。 Er:YAG激光的2.94微米光較之二氧化碳激光的10.6微米更易被水、Ca、P等所吸收,多用于切開、
切除多水份的身體軟組織及骨切開術,性能大大優(yōu)于二氧化碳激光刀。由于可以光纖傳導,今后,若3
微米帶的穩(wěn)定光功率纖維開發(fā)成功, 將用于體腔內患部的非切開、切除手術。此外,稀土類元素Ho:
YAG激光器也已開始使用。日本利用激光治療癌癥十分積極,主要是Ar激光激勵、閃光燈激勵、準分子
激勵的染料激光器。隨著光纖技術的發(fā)展,它們是非切開治療體腔內癌的劃時代的新手段,還能治療血
管狹窄、閉塞、給心臟外科帶來革命。光纖腹腔鏡已順利走上應用軌道,不動手術的腹腔內疾患激光治
療法,對高齡人口結構的日本具有重要的、現實的意義。準分子的紫外光束有良好的光化學效應,適宜
于非熱性切開、切除、并能抑止紅外光束所常見的切開部的熱變性和炭化,一部分ArF激光器(角臘在
波長1.3微米的碘激光器及二極管激勵固體激光器的紫外準分子激光器等?,F在的二氧化碳激光器功率
多為500W,而理論上可高達100KW,近期報導已達到20kW。且其功率越大,效果越好, 故日本對二氧化
碳激光器開發(fā)研究寄以期望。 大功率一氧化碳激光器是日本業(yè)創(chuàng)造研究所和三菱重工聯合研制的,89
年實現 了連續(xù)4小時5kW,短時間達7kW振蕩輸出。93年其輸出功率已達到20kW, 它在切割焊接中正嶄
露頭角,而高功率的碘激光器是日本產業(yè)創(chuàng)造研究和川崎重工一起開發(fā)的,1989年實現了近紅外的振蕩
,它是化學激光器,特征是振蕩效率極高,5kW 一氧化碳激光器、1kW碘激光器裝置已設立在92年4月成
立的激光應用工學中心。 此外,弧光燈激勵固體激光器放大都為3kW, 因其存在功率增大導致光束發(fā)
散角偏大和脈沖振蕩重復頻率低的缺點,日本正努力研制半導體激勵YAG 激光器來取而代之。據報導,
1kW二極管激勵YAG激光器由正由日本國立研究所制成。 目前,大功率準分子激光器及其在材料加工中
的應用開發(fā)研究引起人們極大興 趣。它可利用短波長高能光子不產生熱量的分子水平的加工。86年日
本通產省工業(yè)技術院提出的18家民間企業(yè)與3所國立研究所參與的“超尖端加工系”, 就是以準分子激
光和離子束為中心工具,其目標是在93年研制成2kW級Xecl 準分子激光設備。 激光加工切割的靈活性
、高精度、高速度、高可靠性、高效率等優(yōu)點,不僅在 薄板工業(yè)上,而且在金屬、塑料、陶瓷業(yè)中也
廣為使用。最近5軸或6軸三維激光切割機器人已在日本汽車、機械、電機重工中大顯身手。 同時,激
光焊接在日本電子、電機、汽車、車輛零部件,OA機器等小件、大批 量生產中得到 迅速發(fā)展。是本產
業(yè)界生產線上成功應用激光焊為世界所矚目。 如在汽車車體制造中日本大膽采用有坯料時就將薄鋼板
實施激光焊接后沖壓成型的新方法(Tailorcd Blank Welding),現已為世界上絕大多數汽車廠家所仿
效。日本以5kW及10kW二氧化碳激光焊代替了閃光對焊進行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接。在薄、中厚板鋼管
、高級薄型不銹鋼制造時,與高頻電焊、TIG焊相結合,保證了質量的穩(wěn)定性。日本致力于激光超薄板
焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片, 無法熔焊, 但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成
功,顯示了激光焊的廣闊前途。日本引以為自豪的是在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應
堆中蒸氣發(fā)生器細管的維修,這是日本最大限度地利用YAG激光(波長1.06微米)能以石英光纖遙控傳
輸和集周邊設備之大成的尖端技術。隨著今后3kW以上的高功率、高亮度且控制維修性皆佳的YAG激光器
和新一代二極管激光激勵大功率固體激光器的誕生,軟硬件的配套,預計這一領域的激光技術還會有新
的突破。 據1992年東京大學研究與發(fā)展研究所T•Fujioka報道,日本CO2激光加工機年 銷售額為558
億日元,YAG激光加工機年銷售額為177億日元,總計為735億元日。CO2激光加工機主要應用于切割和打
孔(占總臺數的94.8%),焊接(2.8%); 而YAG激光加工機主要應用于標記(34.5%),焊接(27.7%
),微調(10%)和切割、打孔(8.9%)。日本生產CO2激光器的廠商有60家,生產CO2激光加工機的主
要制造廠商為三菱電氣、松下電氣、Amada和Mazak等公司,占日本激光加工市場70%左右。另外德國
Rofin-Sinar激光公司和日本Marubeni及Nippei Toyama公司合資經營;德國的Trumpf激光技術公司和日
本石川島播磨重工合資經營,這表明德國的CO2激光加工機已進入了日本激光加工市場。日本生產YAG激
光器的有日本電氣、富士電視、東芝等30家生產廠家。約70-80%的CO2激光器用于切割,約有70%的YAG
激光器用于電子工業(yè)。另外,據統計,到1995年為止日本已建立了1500家激光加工站。近來年,以每年 #p#分頁標題#e#
新建200-300家的速度在遞增。日本激光醫(yī)療始于Ar激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、內科Nd:YAG
激光內窺鏡等迎來了光能熱利用激光醫(yī)療第一代。隨著激光技術的進步,激光化學效益治療法誕生,開
辟了激光醫(yī)療的康莊大道,現今,日本所有醫(yī)療領域中都應用了激光。日本利用Nd:YAG倍頻激光(532
nm)的醫(yī)用激光器,其基波功率為60W, 調諧 波功率約20W,通過KTP變換波長,已在醫(yī)療上廣泛使用
。 Er:YAG激光的2.94微米光較之二氧化碳激光的10.6微米更易被水、Ca、P等所吸收,多用于切開、
切除多水份的身體軟組織及骨切開術,性能大大優(yōu)于二氧化碳激光刀。由于可以光纖傳導,今后,若3
微米帶的穩(wěn)定光功率纖維開發(fā)成功, 將用于體腔內患部的非切開、切除手術。此外,稀土類元素Ho:
YAG激光器也已開始使用。日本利用激光治療癌癥十分積極,主要是Ar激光激勵、閃光燈激勵、準分子
激勵的染料激光器。隨著光纖技術的發(fā)展,它們是非切開治療體腔內癌的劃時代的新手段,還能治療血
管狹窄、閉塞、給心臟外科帶來革命。光纖腹腔鏡已順利走上應用軌道,不動手術的腹腔內疾患激光治
療法,對高齡人口結構的日本具有重要的、現實的意義。準分子的紫外光束有良好的光化學效應,適宜
于非熱性切開、切除、并能抑止紅外光束所常見的切開部的熱變性和炭化,一部分ArF激光器(角臘在
193nm附近有吸收帶)適用于角膜切開,進行眼科近視治療的角膜手術,但能否保持治療效果仍有疑問
。ArF激光有優(yōu)秀的骨切開功能,在整形外科中大有用武之地。日本防衛(wèi)醫(yī)科大學最近在臨床試用準分
子激光清除嚴重燒傷(死)皮膚組織,時間短、痛苦少,并能有選擇地控制照射,無紫外線過量而致癌
之憂的新技術。 波長780-830nm,功率10-1200mW的GaAlAs激光器用眼科白內障、眼瞼異常治療、外科
皮膚肌肉切開、神經科神經纖維伸長抑制、循環(huán)系的血流、皮膚溫度控制、減輕疼痛等。不久的將來,
半導體激光激勵小型激光器一旦實現,激光醫(yī)療應用將會出現飛躍。自由電子激光器將是今后醫(yī)療領域
的臺柱,是未來醫(yī)用激光設備的代表。激光醫(yī)療的主要課題是治癌,并為治療艾滋病、疑難怪癥帶來福
音。日本激光醫(yī)學研究雖然比較活躍,但是從日本光電子產業(yè)技術振興協會1994年初發(fā)表的統計數字來
看,日本1993年醫(yī)用激光裝置的總產值約30億日元,按目前美元對日元的比價不足3000萬美元,在日本
光電子設備中所占份額是最小的。
(8)、德國激光產業(yè)發(fā)展現狀 在歐洲地區(qū)激光產業(yè)發(fā)展最快的是德國,特別是激光材料加工方面
處于世界領 先的地位。1986年德國提出了1987-1992年《激光研究與激光技術》資助重點的BMFT資助計
劃,在這五年期間實際投資為2億6千2百萬馬克,資助重點與經費分配為:激光器與元件36%,應用技術
與系統集成48.9%,激光測量與激光分析12.2% ,其它2.3%;也就是說約72%的經費用于激光材料加工的
課題(光源、元件、系統和方法)。承擔課題的有科研集團(FHG、MPG、GFE)6個科研所,9個大的激
光中心,高校研究所中的30個科研組,共約900名科研人員參加。在這期間建立的比較著名的研究所和
中心有:夫朗和費激光技術研究所、柏林固體激光研究所、漢諾威 激光中心、斯圖加特光束應用研究
中心等。根據德國機械制造協會——激光材料加工工作聯盟1994年的統計,用于材料加工的光源(CO2
)和YAG激光器)總共生產了1364臺,產值1.65億馬克,比1993年增長13%;激光器件臺數增長了39% 。
特別是用于標記和牙科方面的小功率激光器即YAG激光器出現了超比例的增長率。因此德國用于加工技
術的激光器,高于以前任何時期。用于材料加工的光源,德國企業(yè)(主要是Rofin-sinar激光公司、
Trumpf激光技術公司、Haas固體激光公司、Lambda Physik 公司等)幾乎占了世界市場的40%,處于領
先地位。與此同進,還簽訂了1544臺激光器的訂貨合同,價值1.77億馬克。1994年激光系統的營業(yè)額也
有大幅度的增長,完成了860個系統的生產額,價值為2.35億馬克,臺數增長率為51%,銷售額增長率為
17%。與此同時,還簽訂了937個系統合同,價值2.49億馬克(臺數增長率58%,產值增長率18%),這些
合同與1995年預測的生產額接近。在激光光源方面CO2占42%,Nd:YAG占35%;在激光系統方面CO2激光加
工系統占56%,YAG激光加工系統占40%,CO2激光加工系統Trumpf公司是自行配套,而Rofin-Sinar公司
則與格瑞斯海姆有限公司合作配套,已形成Lascontur系列激光加工機。出口部分的增長表明,在國際
上德國企業(yè)有強大的競爭能力,德國激光工業(yè)目前仍處于上升階段。 在完成1987-1992年BMFT“激光研
究與激光技術”資助計劃后,1993 年德國又提出了“激光2000”新的資助計劃。 戰(zhàn)略目標是:*開創(chuàng)
21世紀激光技術領域科學技術基礎。*支持革新激光技術,以保持和加強激光器生產與激光工業(yè)應用在
國際上的競爭能力。*消除激光應用中的科學技術障礙。激光研究與激光技術未來重點:*新一代激光器
的基礎 重點課題有:•高功率二極管激光器•二極管泵浦固體激光器•高功率氣體激光器新的機理。
*精密加工重點課題有:•激光方法的評價•激光誘導生產方法•紫外激光光子技術*開創(chuàng)新應用領域的
基礎•激光光學測量與檢測方法•非線性光學•激光生物動力學及微處理(涉及分子、原子范圍)•產
品和環(huán)保技術的激光光學測量與檢測*激光醫(yī)療重點課題有:•醫(yī)療技術中新的激光方案•光學層析攝
影法資助計劃起止時間:1993-1997年資助金額:2.75億馬克 德國為了推廣激光加工技術,除了建立9
個國家級激光中心外,還大量建立激 光加工站;同時在大、中、小型企業(yè)積極建立激光加工生產線,
例如:大眾汽車廠的齒輪激光加工生產線;奔馳汽車廠共有18個廠房,其中有8個廠房安裝了激光加工
生產線;Thyssen鋼鐵公司的轎車底板激光拼焊生產線;西門子公司建立了線包引線激光點焊生產線,
接觸器鐵芯、銜鐵激光焊接生產線,集成電路激光微調生產線及半導體硅片激光毛化及退火生產線等。
在“激光2000”中特別提出了94-95年,每年提供500萬馬克(25個項目),向批準有激光加工技術項目
的中小廠每個項目資助20萬馬克。
(摘自科技部基礎研究高技術司《我國激光產業(yè)發(fā)展的對策研究》附錄
轉載請注明出處。