國內激光器產業發展狀況

『壹』 未來十年國內激光器產業前景如何

激光具有高相乾性、方向性、高強度的特質，很容易獲得很高的光通量密度，將強的激光束聚焦到介質上，利用激光束與物質相互作用的過程來改變物質的性質，這就是激光加工。激光加工技術隨著光、機電、材料、計算機、控制技術的發展已經逐步發展成為一項新的加工技術。激光加工具有加工對象廣、變形小、精度高、節省能源、公害小、遠距離加工、自動化加工等顯著優點，對提高產品質量和勞動生產率、實現加工過程自動化、消除污染、減少材料消耗等的作用愈來愈重要。
激光加工主要應用在電子、汽車、機械製造、鋼鐵冶金、石油、輕工、醫療器械、包裝、禮品工業、鍾表、民爆、服裝、化妝品、煙草、航空航天等行業，而且應用范圍越來越擴大，在激光打孔、激光毛化、激光切割、激光焊接、激光熱處理、激光打標、激光雕刻、激光測量測距、激光金屬探傷等方面已得到廣泛應用。
1999年世界激光產品銷售約49億美元, 約合人民幣400億元，並以每年11%以上的速率增長。
1996年至2000年，全球激光加工系統的銷售額以年均13%的增長率增長，2001年以來，每年也有12%以上的增長率，而半導體激光器、全固化固體激光器、準分子激光器加工系統增長更快，達23％，這反映出微電子工業、通訊工業及微光機電一體化系統的發展需要非常嶄新的加工手段來滿足製造上的需求。從激光加工系統應用來看，以1999年的應用為例：銷售額的30％用於激光切割、29％用於激游標記、15％用於激光微加工，13％用於激光焊接、其它應用佔9%。
目前，用於激光加工的工業激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其中，固體激光器以Nd:YAG 激光器為代表；而氣體激光器則以 CO2 激光器為代表。隨著激光技術的發展，目前人們也開始在某些加工應用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導體激光器。成都激光加工廠研發製造的 Nd:YAG 激光器的激光工作物質為固態的 Nd:YAG 棒，其激光波長為 1.06μm。由於該種激光器的激光轉換效率較低，同時受到 YAG 棒體積和導熱率的限制，其激光輸出平均功率不高。但由於 Nd:YAG 激光器可以通過 Q 開關壓縮激光輸出的脈沖寬度，在以脈沖方式工作時可獲得很高的峰值功率（108W），適用於需要高峰值功率的激光加工應用；其另一大優點是可以通過光纖傳輸，避免了復雜傳輸光路的設計製作，在三維加工中非常有用。此外，還可以通過三倍頻技術將激光波長轉換為 355nm（紫外），激光器和計算機連接，在激光立體掃描、造形技術中得到很好地應用。
CO2 激光器的激光工作物質為 CO2 混合氣體，其主要應用的激光波長為 10.6μm。由於該種激光器的激光轉換效率較高，同時激光器工作產生的熱量可以通過對流或擴散迅速傳遞到激光增益區之外，其激光輸出平均功率可以做到很高的水平（萬瓦以上），滿足大功率激光加工的要求。
激光加工是未來材料加工應用發展的趨勢之一，而 CO2 激光加工一直占激光材料加工中最主要的地位，世界激光市場也以 CO2 激光機器為主力，約佔全部的七成左右，每年以百分之十左右的速度增長。近幾年來，隨著國際和國內整體產業環境的改變，在產業水準提升、專業人員缺乏、自動化需求增加、產品附加價值和加工質量有待提高的壓力下，激光加工應用已逐漸被國內產業界接受並採用。
由於我國激光器的研發和製造起步較晚，市場擁有量較低，應用領域越來越廣，短期內可維持較高的激光市場增長率，加工應用的市場潛力也很大。但產業界和工業 CO2 激光的使用者，仍然有許多問題需要去解決，尤其在相關技術人員的養成訓練和新的加工應用領域開拓這兩方面，更須下大力氣。激光激光的前景是廣闊的，激光加工手段的不斷進步必將帶來材料加工領域的一次革命。

『貳』 激光的功率的計算公式是什麼脈沖激光的能量和功率是一樣的么

1、假設一個脈沖激光器1秒鍾發射10個脈沖（重復頻率10Hz),每個脈沖100 mJ，每個脈沖持續10ns。那麼脈沖能量是100 mJ。峰值功率是:100 mJ/10 ns=10,000,000W。平均功率是100mJ*10Hz=1W。

2、脈沖激光的能量和功率是不一樣的，一般連續激光器用功率做參數，脈沖激光器用能量做參數，而對於連續激光器，一般用平均功率做參數。

3、峰值功率=脈沖能量除以脈寬 ，平均功率=脈沖能量*重復頻率（每秒鍾脈沖的個數）。

4、頻率越高，脈沖功率越大，能量越高，脈沖激光一般是小功率，連續激光一般是大功率。

拓展資料：

1、激光（英語：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，縮寫為LASER，或laser），港澳地區稱「激光」、「雷射」，台灣地區稱「雷射」，是指通過受激輻射而產生，放大的光，即受激輻射的光放大。特點是單色性極好，發散度極小，亮度（功率）可以達到很高。產生激光需要「激發來源」，「增益介質」，「共振結構」這三個要素。

2、激光脈沖，指的是脈沖工作方式的激光器發出的一個光脈沖，簡單的說，好比手電筒的工作一樣，一直合上按鈕就是連續工作，合上開關立刻又關掉就是發出了一個「光脈沖」。用脈沖方式工作有它的必要性，比如發送信號、減少熱的產生等。激光脈沖能做到特別短，譬如「皮秒」級別，就是說脈沖的時間為皮秒這個數量級——而1皮秒等於一萬億分之一秒。

3、激光的原理早在1916年已被著名的美國物理學家愛因斯坦發現，但直到1960年激光才被首次成功製造。激光是在有理論准備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發展，激光的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且導致整個一門新興產業的出現。激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段，去獲得空前的效益和成果，從而促進了生產力的發展。

參考資料：網路-激光脈沖

『叄』 <<激光技術>>課後答案求助

世界上第一台激光器誕生於年，我國於1961年研製出第一台激光器，40多年來，激光技術與應用發展迅猛，已與多個學科相結合形成多個應用技術領域，比如光電技術，激光醫療與光子生物學，激光加工技術，激光檢測與計量技術，激光全息技術，激光光譜分析技術，非線性光學，超快激光學，激光化學，量子光學，激光雷達，激光制導，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器等等。這些交叉技術與新的學科的出現，大大地推動了傳統產業和新興產業的發展。

一、激光技術應用簡介

激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識別物體等的一門技術，傳統應用最大的領域為激光加工技術。激光技術是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術，傳統上看，它的研究范圍一般可分為：

1.激光加工系統。包括激光器、導光系統、加工機床、控制系統及檢測系統。

2.激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調等各種加工工藝。

激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器。

激光切割：汽車行業、計算機、電氣機殼、木刀模業、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

激光打標：在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器。

激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車製造、電子儀表、化工等行業。激光打孔的迅速發展，主要體現在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內目前比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產及鍾表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生產中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。

激光熱處理：在汽車工業中應用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時在航空航天、機床行業和其它機械行業也應用廣泛。我國的激光熱處理應用遠比國外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主。

激光快速成型：將激光加工技術和計算機數控技術及柔性製造技術相結合而形成。多用於模具和模型行業。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。

激光塗敷：在航空航天、模具及機電行業應用廣泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。

二、激光加工技術及產業發展研究開發的重點

目前激光加工技術及產業發展研究開發的重點可歸納為：

(1)新一代工業激光器研究，目前處在技術上的更新時期，其標志是二極體泵浦全固態激光器的發展及應用。

(2)激光微細加工的應用研究。

(3)激光加工用大功率CO2和固體激光器及準分子激光器的機型研究，開發和研製專用配套的激光加工機床，提高激光器產品在生產線上穩定運行的周期。

(4)加工系統智能化，系統集成不僅是加工本身，而是帶有實時檢測、反饋處理，隨著專家系統的建立，加工系統智能化已成為必然的發展趨勢。

(5)建立激光加工設備參數的檢測手段，並進行方法研究。

(6)激光切割技術研究。對現有的激光切割系統進行二次開發和產業化，提供性能好、價格便宜的2-3軸數控CO2切割機，並開展相應的切割工藝的研究，使該工藝廣泛用於材料加工、汽車、航天及造船等領域。為此應著重在激光器外圍裝置，如：導光系統、過程監測和控制、噴咀、浮動裝置的設計和研製以及CAD/CAM等方面開展工作。

(7)激光焊接技術研究。開展激光焊接工藝及材料、焊接工藝對設備要求及焊接過程參數監測和控制技術研究，從而掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝。

(8)激光表面處理技術研究。開展CAD/CAM技術、激光表面處理工藝、材料性能及激光表面處理工藝參數監測和控制研究，使激光表面處理工藝能較大幅度地應用於生產。

(9)激光加工光束質量及加工外圍裝置研究。研究各種激光加工工藝對激光光束的質量要求、激光光束和加工質量監控技術，光學系統及加工頭設計和研製。

(10)開展激光加工工藝技術研究，重點是材料表面改性和熱處理方面的研究和推廣應用；開展激光快速成形技術的應用研究，拓寬激光應用領域。

三、激光技術是光電技術及產業的基礎，將取代和推動傳統電子信息產業

21世紀知識經濟佔主導地位，大力發展高新技術是迎接知識經濟時代到來的必然選擇。目前全球業界公認的發展最快的、應用日趨廣泛的最重要的高新技術就是光電技術，他必將成為21世紀的支柱產業。而在光電技術中，其基礎技術之一就是激光技術。科學界預測，到2005年，光電產業的產值將達到電子產業產值水平，到2010年，以光電信息技術為主導的信息產業將形成5萬億美元的產業規模，到2010年至2015年，光電產業可能會取代傳統電子產業。光電技術將繼微電子技術之後再次推動人類科學技術的革命和進步。

21世紀的激光技術與產業的發展將支撐並推進高速、寬頻、海量的光通信以及網路通信，並將引發一場照明技術革命，小巧、可靠、壽命長、節能半導體(LED)將主導市場，此外將推出品種繁多的光電子消費類產品 (如VCD、D VD、數碼相機、新型彩電、掌上電腦電子產品、智能手機、手持音響播放設備、攝影、投影和成像、辦公自動化光電設備如激光列印、傳真和復印等)以及新型的信息顯示技術產品(如CRT、LCD及PDP、 FED、OEL平板顯示器等 )並進入人們的日常生活中。激光產品已成為現代武器的"眼睛"和"神經"，光電子軍事裝備將改變21世紀戰爭的格局。

在未來推動光電產業快速發展的進程中，激光技術與其他技術應用領域的結合有以下方面：

1.激光化學：傳統的化學過程，一般是把反應物混合在一起，然後往往需要加熱 (或者還要加壓)。加熱的缺點，在於分子因增加能量而產生不規則運動，這種運動破壞原有的化學鍵，結合成新的鍵，而這些不規則運動破壞或產生的鍵，會阻礙預期的化學反應的進行。

但是如果用激光來指揮化學反應，不僅能克服上述不規則運動，而且還能獲得更大的好處。這是因為激光攜帶著高度集中而均勻的能量，可精確地打在分子的鍵上，比如利用不同波長的紫外激光，打在硫化氫等分子上，改變兩激光束的相位差，則控制了該分子的斷裂過程。也可利用改變激光脈沖波形的方法，十分精確和有效地把能量打在分子身上， 觸發某種預期的反應。

激光化學的應用非常廣泛。制葯工業是第一個得益的領域。應用激光化學技術，不僅能加速葯物的合成，而又可把不需要的副產品剔在一旁，使得某些葯物變得更安全可靠，價格也可降低一些。又如，利用激光控制半導體，就可改進新的光學開關，從而改進電腦和通信系統。激光化學雖然尚處於起步階段，但其前景十分光明。

2.激光醫療：激光在醫學上的應用分為兩大類：激光診斷與激光治療，前者是以激光作為信息載體，後者則以激光作為能量載體。多年來，激光技術已成為臨床治療的有效手段，也成為發展醫學診斷的關鍵技術。它解決了醫學中的許多難題，為醫學的發展做出了貢獻。現在，在基礎研究、新技術開發以及新設備研製和生產等諸多方面都保持持續的、強勁的發展勢頭。

當前激光醫學的出色應用研究主要表現在以下方面：光動力療法治癌；激光治療心血管疾病；準分子激光角膜成形術；激光治療前列腺良性增生；激光美容術；激光纖維內窺鏡手術；激光腹腔鏡手術；激光胸腔鏡手術；激光關節鏡手術；激光碎石術；激光外科手術；激光在吻合術上的應用；激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應用；弱激光療法等。

激光醫療近期研究重點包括：

(1)研究激光與生物組織間的作用關系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應用的激光與生物組織間的作用關系；研究不同激光參數( 包括波長、功率密度、能量密度與運轉方式等)對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關系，取得系統的數據；

(2)研究弱激光的細胞生物學效應及其作用機制，包括；弱激光與細胞生物學現象(基因調控和細胞凋亡) 的關系、弱激光鎮痛的分子生物學機制以及弱激光與細胞免疫(抗菌、抗毒素、抗病毒等)的關系及其機制；

(3)深入開展有關光動力療法機制、激光介入治療、激光心血管成形術與心肌血管重建機制的研究，積極開拓其他新的激光醫療技術。

(4)對醫學光子技術中重要的、新穎的光子器件和儀器設置進行開發性研究，例如：研製醫用半導體激光系統、角膜成形與血管成形用準分子激光設備、激光美容(換皮去皺、植發)設備或其他新激光設備，開拓新工作波段的醫用激光系統以及開發Ho：YAG及Er：YAG激光手術刀等。

3.超快超強激光：超快超強激光主要以飛秒激光的研究與應用為主，作為一種獨特的科學研究的工具和手段，飛秒激光的主要應用可以概括為三個方面，即飛秒激光在超快領域內的應用、在超強領域內的應用和在超微細加工中的應用。

飛秒激光在超快現象研究領域中所起到的是一種快速過程診斷的作用。飛秒激光尤如一個極為精細的時鍾和一架超高速的"相機"可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過程分析、記錄下來。

飛秒激光在超強領域中的應用(又稱為強場物理)歸因於具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強可以非常之高。這樣的強光所對應的電磁場會遠大於原子中的庫侖場，從而很容易地將原子中的電子統統剝落出去。因此，飛秒激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光子過程的重要工具。與飛秒激光相應的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。 飛秒強光可以用來產生相干X射線和其它極短波長的光，可以用於受控核聚變的研究。

飛秒激光用於超微細加工是飛秒激光用於超快現象研究和超強現象研究之外的又一個飛秒激光技術的重要的應用研究領域。這一應用是近幾年才開始發展起來的，目前已有了不少重要的進展。與飛秒超快和飛秒超強研究有所不同的是飛秒激光超微細加工與先進的製造技術緊密相關，對某些關鍵工業生產技術的發展可以起到更直接的推動作用。飛秒激光超微細加工是當今世界激光、光電子行業中的一個極為引人注目的前沿研究方向。

4.新型激光器研究：激光測距儀是激光在軍事上應用的起點，將其應用到火炮系統，大大提高了火炮射擊精度。激光雷達相比於無線電雷達，由於激光發散角小，方向性好，因此其測量精度大幅度提高。由於同樣的原因，激光雷達不存在"盲區"，因此尤其適宜於對導彈初始階段的跟蹤測量。但由於大氣的影響，激光雷達並不適宜在大范圍內搜索，還只能作為無線電雷達的有力補足。還有精確的激光制導導彈，以及模擬戰場上使用的激光武器技術運用。在激光實戰演習的戰場上，酷似實際戰爭場面。

激光武器的優點；無需進行彈道計算；無後坐力；操作簡便，機動靈活，使用范圍廣；無放射性污染，效費比高。

激光武器的分類：不同功率密度，不同輸出波形，不同波長的激光，在與不同目標材料相互作用時，會產生不同的殺傷破壞效應。激光器的種類繁多，名稱各異。按工作介質區分，目前有固體激光器、液體激光器和分子型、離子型、準分子型的氣體激光器等。按其發射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機載等類型，按其用途還可分為戰術型和戰 略型兩類，即戰術激光武器和戰略激光武器。

『肆』 激光行業發展空間如何

激光是20世紀60年代的新光源，具有方向性好、亮度高、單色性好和高能量密度等特點。以激光器為基礎的激光工業在全球發展執著迅猛，現在已廣泛應用於工業生產、通訊、信息處理、醫療衛生、軍事、文化教育以及科研等方面。據統計，從高端的光纖到常見的條形碼掃描儀，每年和激光相關產品和服務的市場價值高達上萬億美元。
前瞻產業研究院發布的《中國激光行業發展前景與轉型升級分析報告》顯示，激光行業已形成完整、成熟的產業鏈分布。上游主要包括激光材料及配套元器件，中游主要為各種激光器及其配套設備，下游則以激光應用產品、消費產品、儀器設備為主。
當前，國內激光市場主要分為激光加工設備、光通信器件與設備、激光測量設備、激光器、激光醫療設備、激光元部件等，其產品主要應用於工業加工和光通信市場，兩者占據了近7成的市場空間。
據統計，我國已有200餘家激光相關企業，主要位於湖北、北京、江蘇、上海和廣東等經濟發達省市，這些地區年銷售額約佔全國激光產品市場總額的90%，我國激光行業已形成以上述省市為主體的華中地區、環渤海、長江三角洲和珠江三角洲四大激光產業群，未來，國內激光產業發展也將更為集中。
前瞻產業研究院激光行業研究小組分析預測，隨著激光技術的進步，中國激光行業必將獲得快速發展，未來五年，我國激光市場在相關產業的帶動下，將以20%左右的速度發展，至2015年，我國激光應用領域將形成以激光加工、激光通信、激光醫療、激光顯示、激光全息等為產業的激光產業群，行業發展前景看好
望採納謝謝

『伍』 激光行業發展前景

激光行業與激光技術休戚相關，發展前景極佳。
激光技術作為工業製造領域的一股核心驅動力量，本身也在不斷向前發展。總結來說，激光器正在向著「更快、更高、更好、更短」這四大方向發展。
更高：激光器的功率越來越高，平均功率已經超過10萬瓦。2013年，第一台商用的10萬瓦級光纖激光器在日本名古屋NADEX中心安裝，用於焊接300mm厚的鋼板。激光切割應用也向著更高的功率發展，激光切割機的功率持續走高，已經達到8~12kW。
更好：激光器輸出的光束質量越來越好，光纖激光器的光束質量已經達到10萬瓦級單模。在過去的一年中，光纖激光器、碟片激光器、直接半導體激光器的亮度都有大幅度提升。
更短：激光器的輸出波長覆蓋更短的波段，短波長激光器已經廣泛應用。很多先進的製造工藝都需要冷加工，例如在智能手機製造中，很多時候需要用短波長、短脈沖的紫外激光來處理。短波長激光已經在表面標記、半導體晶圓加工、鑽孔、切割等領域獲得了大量應用。
更快：激光器的脈沖速度越來越快，超快激光器取得了快速發展，已經憑借著更簡單的結構、更方便的操作、更低廉的成本和更穩定的性能，走出實驗室進入工業應用中。
激光技術的應用形成了百花齊放的激光行業。
激光清洗：隨著環保意識的增強，各種環保清洗技術應運而生，激光清洗技術就是其中之一。
激光清洗利用高能激光束與工件表面要去除的物質相互作用，發生瞬間蒸發或剝離，無需各種化學清洗劑，綠色無污染。可用於清除油漆、油污、氧化層、清洗螺桿、除銹、清洗焊縫等。
激光清洗在微電子、建築、核電站、汽車製造，醫療、文物保護、鋼鐵除銹和模具去污、汽車製造、建築等領域擁有巨大市場空間。
金屬3D列印市場：金屬3D列印也即增材製造，通常使用的是選擇性激光器熔覆（SLM）技術，利用激光能量將金屬粉末一層層熔化，最終製成想要的形狀。
這其中使用的激光源主要是光纖激光器、碟片激光器/CO2激光器和飛秒光纖激光器，功率范圍30W到1kW以上。3D列印的精細度也越來越高，列印出的精細結構的解析度已經達到微米量級。
激光雷達：未來五年激光雷達市場將穩步增長，市場增長的主要驅動力來自於無人機、自動駕駛的汽車、機器人、軍事及安全等領域。
激光照明：激光照明的一部分市場是汽車激光照明，主要是汽車頭燈。寶馬、奧迪等知名汽車製造商都採用了激光照明系統。另一部分市場是安全激光照明，如為夜晚環境中騎行的人們提供警示性標識。

『陸』 光的種類激光是什麼

光
光分為人造光和自然光。我們之所以能夠看到客觀世界中斑駁陸離、瞬息萬變的景象，是因為眼睛接收物體發射、反射或散射的光。光與人類生活和社會實踐有著密切的關系。

嚴格地說，光是人類眼睛所能觀察到的一種輻射。由實驗證明光就是電磁輻射，這部分電磁波的波長范圍約在紅光的0.77微米到紫光的0.39微米之間。波長在0.77微米以上到1000微米左右的電磁波稱為「紅外線」。在0.39微米以下到0.04微米左右的稱「紫外線」。紅外線和紫外線不能引起視覺，但可以用光學儀器或攝影方法去量度和探測這種發光物體的存在。所以在光學中光的概念也可以延伸到紅外線和紫外線領域，甚至X射線均被認為是光，而可見光的光譜只是電磁光譜中的一部分。

光具有波粒二象性，即既可把光看作是一種頻率很高的電磁波（1012~1015赫茲），也可把光看成是一個粒子，即光量子，簡稱光子。

光是地球生命的來源之一。

光是人類生活的依據。光是人類認識外部世界的工具。光是信息的理想載體或傳播媒質。

據統計，人類感官收到外部世界的總信息中，至少90％以上通過眼睛……

光就其本質而言是一種電磁波，覆蓋著電磁頻譜一個相當寬（從X射線到遠紅外）的范圍，只是波長比普通無線電波更短。人類肉眼所能看到的可見光只是整個電磁波譜的一部分。

當一束光投射到物體上時，會發生反射、折射、干涉以及衍射等現象。

光波，包括紅外線，它們的波長比微波更短，頻率更高，因此，從電通信中的微波通信向光通信方向發展，是一種自然的也是一種必然的趨勢。

普通光：一般情況下，光由許多光子組成，在熒光（普通的太陽光、燈光、燭光等）中，光子與光子之間，毫無關聯，即波長不一樣、相位不一樣，偏振方向不一樣、傳播方向不一樣，就象是一支無組織、無紀律的光子部隊，各光子都是散兵游勇，不能做到行動一致。

激光——光學的新天地

激光光束中，所有光子都是相互關聯的，即它們的頻率（或波長）一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致。激光就好像是一支紀律嚴明的光子部隊，行動一致，因而有著極強的戰鬥力。這就是為什麼許多事情激光能做，而陽光、燈光、燭光不能做的主要原因。

激光技術與產業的應用與創新

05-18-2003 本站摘編

原文刊載於「中國電子報」

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世界上第一台激光器誕生於1960年，我國於1961年研製出第一台激光器，40多年來，激光技術與應用發展迅猛，已與多個學科相結合形成多個應用技術領域，比如光電技術，激光醫療與光子生物學，激光加工技術，激光檢測與計量技術，激光全息技術，激光光譜分析技術，非線性光學，超快激光學，激光化學，量子光學，激光雷達，激光制導，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器等等。這些交叉技術與新的學科的出現，大大地推動了傳統產業和新興產業的發展。

一、激光技術應用簡介

激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識別物體等的一門技術，傳統應用最大的領域為激光加工技術。激光技術是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術，傳統上看，它的研究范圍一般可分為：

1.激光加工系統。包括激光器、導光系統、加工機床、控制系統及檢測系統。

2.激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調等各種加工工藝。

激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器。

激光切割：汽車行業、計算機、電氣機殼、木刀模業、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

激光打標：在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器。

激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車製造、電子儀表、化工等行業。激光打孔的迅速發展，主要體現在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內目前比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產及鍾表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生產中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。

激光熱處理：在汽車工業中應用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時在航空航天、機床行業和其它機械行業也應用廣泛。我國的激光熱處理應用遠比國外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主。

激光快速成型：將激光加工技術和計算機數控技術及柔性製造技術相結合而形成。多用於模具和模型行業。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。

激光塗敷：在航空航天、模具及機電行業應用廣泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。

二、激光加工技術及產業發展研究開發的重點

目前激光加工技術及產業發展研究開發的重點可歸納為：

(1)新一代工業激光器研究，目前處在技術上的更新時期，其標志是二極體泵浦全固態激光器的發展及應用。

(2)激光微細加工的應用研究。

(3)激光加工用大功率CO2和固體激光器及準分子激光器的機型研究，開發和研製專用配套的激光加工機床，提高激光器產品在生產線上穩定運行的周期。

(4)加工系統智能化，系統集成不僅是加工本身，而是帶有實時檢測、反饋處理，隨著專家系統的建立，加工系統智能化已成為必然的發展趨勢。

(5)建立激光加工設備參數的檢測手段，並進行方法研究。

(6)激光切割技術研究。對現有的激光切割系統進行二次開發和產業化，提供性能好、價格便宜的2-3軸數控CO2切割機，並開展相應的切割工藝的研究，使該工藝廣泛用於材料加工、汽車、航天及造船等領域。為此應著重在激光器外圍裝置，如：導光系統、過程監測和控制、噴咀、浮動裝置的設計和研製以及CAD/CAM等方面開展工作。

(7)激光焊接技術研究。開展激光焊接工藝及材料、焊接工藝對設備要求及焊接過程參數監測和控制技術研究，從而掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝。

(8)激光表面處理技術研究。開展CAD/CAM技術、激光表面處理工藝、材料性能及激光表面處理工藝參數監測和控制研究，使激光表面處理工藝能較大幅度地應用於生產。

(9)激光加工光束質量及加工外圍裝置研究。研究各種激光加工工藝對激光光束的質量要求、激光光束和加工質量監控技術，光學系統及加工頭設計和研製。

(10)開展激光加工工藝技術研究，重點是材料表面改性和熱處理方面的研究和推廣應用；開展激光快速成形技術的應用研究，拓寬激光應用領域。

三、激光技術是光電技術及產業的基礎，將取代和推動傳統電子信息產業

21世紀知識經濟佔主導地位，大力發展高新技術是迎接知識經濟時代到來的必然選擇。目前全球業界公認的發展最快的、應用日趨廣泛的最重要的高新技術就是光電技術，他必將成為21世紀的支柱產業。而在光電技術中，其基礎技術之一就是激光技術。科學界預測，到2005年，光電產業的產值將達到電子產業產值水平，到2010年，以光電信息技術為主導的信息產業將形成5萬億美元的產業規模，到2010年至2015年，光電產業可能會取代傳統電子產業。光電技術將繼微電子技術之後再次推動人類科學技術的革命和進步。

21世紀的激光技術與產業的發展將支撐並推進高速、寬頻、海量的光通信以及網路通信，並將引發一場照明技術革命，小巧、可靠、壽命長、節能半導體(LED)將主導市場，此外將推出品種繁多的光電子消費類產品 (如VCD、D VD、數碼相機、新型彩電、掌上電腦電子產品、智能手機、手持音響播放設備、攝影、投影和成像、辦公自動化光電設備如激光列印、傳真和復印等)以及新型的信息顯示技術產品(如CRT、LCD及PDP、 FED、OEL平板顯示器等 )並進入人們的日常生活中。激光產品已成為現代武器的"眼睛"和"神經"，光電子軍事裝備將改變21世紀戰爭的格局。

在未來推動光電產業快速發展的進程中，激光技術與其他技術應用領域的結合有以下方面：

1.激光化學：傳統的化學過程，一般是把反應物混合在一起，然後往往需要加熱 (或者還要加壓)。加熱的缺點，在於分子因增加能量而產生不規則運動，這種運動破壞原有的化學鍵，結合成新的鍵，而這些不規則運動破壞或產生的鍵，會阻礙預期的化學反應的進行。

但是如果用激光來指揮化學反應，不僅能克服上述不規則運動，而且還能獲得更大的好處。這是因為激光攜帶著高度集中而均勻的能量，可精確地打在分子的鍵上，比如利用不同波長的紫外激光，打在硫化氫等分子上，改變兩激光束的相位差，則控制了該分子的斷裂過程。也可利用改變激光脈沖波形的方法，十分精確和有效地把能量打在分子身上， 觸發某種預期的反應。

激光化學的應用非常廣泛。制葯工業是第一個得益的領域。應用激光化學技術，不僅能加速葯物的合成，而又可把不需要的副產品剔在一旁，使得某些葯物變得更安全可靠，價格也可降低一些。又如，利用激光控制半導體，就可改進新的光學開關，從而改進電腦和通信系統。激光化學雖然尚處於起步階段，但其前景十分光明。

2.激光醫療：激光在醫學上的應用分為兩大類：激光診斷與激光治療，前者是以激光作為信息載體，後者則以激光作為能量載體。多年來，激光技術已成為臨床治療的有效手段，也成為發展醫學診斷的關鍵技術。它解決了醫學中的許多難題，為醫學的發展做出了貢獻。現在，在基礎研究、新技術開發以及新設備研製和生產等諸多方面都保持持續的、強勁的發展勢頭。

當前激光醫學的出色應用研究主要表現在以下方面：光動力療法治癌；激光治療心血管疾病；準分子激光角膜成形術；激光治療前列腺良性增生；激光美容術；激光纖維內窺鏡手術；激光腹腔鏡手術；激光胸腔鏡手術；激光關節鏡手術；激光碎石術；激光外科手術；激光在吻合術上的應用；激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應用；弱激光療法等。

激光醫療近期研究重點包括：

(1)研究激光與生物組織間的作用關系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應用的激光與生物組織間的作用關系；研究不同激光參數( 包括波長、功率密度、能量密度與運轉方式等)對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關系，取得系統的數據；

(2)研究弱激光的細胞生物學效應及其作用機制，包括；弱激光與細胞生物學現象(基因調控和細胞凋亡) 的關系、弱激光鎮痛的分子生物學機制以及弱激光與細胞免疫(抗菌、抗毒素、抗病毒等)的關系及其機制；

(3)深入開展有關光動力療法機制、激光介入治療、激光心血管成形術與心肌血管重建機制的研究，積極開拓其他新的激光醫療技術。

(4)對醫學光子技術中重要的、新穎的光子器件和儀器設置進行開發性研究，例如：研製醫用半導體激光系統、角膜成形與血管成形用準分子激光設備、激光美容(換皮去皺、植發)設備或其他新激光設備，開拓新工作波段的醫用激光系統以及開發Ho：YAG及Er：YAG激光手術刀等。

3.超快超強激光：超快超強激光主要以飛秒激光的研究與應用為主，作為一種獨特的科學研究的工具和手段，飛秒激光的主要應用可以概括為三個方面，即飛秒激光在超快領域內的應用、在超強領域內的應用和在超微細加工中的應用。

飛秒激光在超快現象研究領域中所起到的是一種快速過程診斷的作用。飛秒激光尤如一個極為精細的時鍾和一架超高速的"相機"可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過程分析、記錄下來。

飛秒激光在超強領域中的應用(又稱為強場物理)歸因於具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強可以非常之高。這樣的強光所對應的電磁場會遠大於原子中的庫侖場，從而很容易地將原子中的電子統統剝落出去。因此，飛秒激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光子過程的重要工具。與飛秒激光相應的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。 飛秒強光可以用來產生相干X射線和其它極短波長的光，可以用於受控核聚變的研究。

飛秒激光用於超微細加工是飛秒激光用於超快現象研究和超強現象研究之外的又一個飛秒激光技術的重要的應用研究領域。這一應用是近幾年才開始發展起來的，目前已有了不少重要的進展。與飛秒超快和飛秒超強研究有所不同的是飛秒激光超微細加工與先進的製造技術緊密相關，對某些關鍵工業生產技術的發展可以起到更直接的推動作用。飛秒激光超微細加工是當今世界激光、光電子行業中的一個極為引人注目的前沿研究方向。

4.新型激光器研究：激光測距儀是激光在軍事上應用的起點，將其應用到火炮系統，大大提高了火炮射擊精度。激光雷達相比於無線電雷達，由於激光發散角小，方向性好，因此其測量精度大幅度提高。由於同樣的原因，激光雷達不存在"盲區"，因此尤其適宜於對導彈初始階段的跟蹤測量。但由於大氣的影響，激光雷達並不適宜在大范圍內搜索，還只能作為無線電雷達的有力補足。還有精確的激光制導導彈，以及模擬戰場上使用的激光武器技術運用。在激光實戰演習的戰場上，酷似實際戰爭場面。

激光武器的優點；無需進行彈道計算；無後坐力；操作簡便，機動靈活，使用范圍廣；無放射性污染，效費比高。

激光武器的分類：不同功率密度，不同輸出波形，不同波長的激光，在與不同目標材料相互作用時，會產生不同的殺傷破壞效應。激光器的種類繁多，名稱各異。按工作介質區分，目前有固體激光器、液體激光器和分子型、離子型、準分子型的氣體激光器等。按其發射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機載等類型，按其用途還可分為戰術型和戰 略型兩類，即戰術激光武器和戰略激光武器。

『柒』 未來十年國內激光器產業前景如何

激光具有高相乾性、方向性、高強度的特質，很容易獲得很高的光通量密度，將強的激光束聚焦到介質上，利用激光束與物質相互作用的過程來改變物質的性質，這就是激光加工。

激光加工技術隨著光、機電、材料、計算機、控制技術的發展已經逐步發展成為一項新的加工技術。激光加工具有加工對象廣、變形小、精度高、節省能源、公害小、遠距離加工、自動化加工等顯著優點，對提高產品質量和勞動生產率、實現加工過程自動化、消除污染、減少材料消耗等的作用愈來愈重要。

激光加工主要應用在電子、汽車、機械製造、鋼鐵冶金、石油、輕工、醫療器械、包裝、禮品工業、鍾表、民爆、服裝、化妝品、煙草、航空航天等行業，而且應用范圍越來越擴大，在激光打孔、激光毛化、激光切割、激光焊接、激光熱處理、激光打標、激光雕刻、激光測量測距、激光金屬探傷等方面已得到廣泛應用。

1999年世界激光產品銷售約49億美元, 約合人民幣400億元，並以每年11%以上的速率增長。

1996年至2000年，全球激光加工系統的銷售額以年均13%的增長率增長，2001年以來，每年也有12%以上的增長率，而半導體激光器、全固化固體激光器、準分子激光器加工系統增長更快，達23％，這反映出微電子工業、通訊工業及微光機電一體化系統的發展需要非常嶄新的加工手段來滿足製造上的需求。

從激光加工系統應用來看，以1999年的應用為例：銷售額的30％用於激光切割、29％用於激游標記、15％用於激光微加工，13％用於激光焊接、其它應用佔9%。

目前，用於激光加工的工業激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其中，固體激光器以Nd:YAG 激光器為代表；而氣體激光器則以 CO2 激光器為代表。隨著激光技術的發展，目前人們也開始在某些加工應用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導體激光器。

成都激光加工廠研發製造的 Nd:YAG 激光器的激光工作物質為固態的 Nd:YAG 棒，其激光波長為 1.06μm。由於該種激光器的激光轉換效率較低，同時受到 YAG 棒體積和導熱率的限制，其激光輸出平均功率不高。

但由於 Nd:YAG 激光器可以通過 Q 開關壓縮激光輸出的脈沖寬度，在以脈沖方式工作時可獲得很高的峰值功率（108W），適用於需要高峰值功率的激光加工應用；其另一大優點是可以通過光纖傳輸，避免了復雜傳輸光路的設計製作，在三維加工中非常有用。

此外，還可以通過三倍頻技術將激光波長轉換為 355nm（紫外），激光器和計算機連接，在激光立體掃描、造形技術中得到很好地應用。

CO2 激光器的激光工作物質為 CO2 混合氣體，其主要應用的激光波長為 10.6μm。由於該種激光器的激光轉換效率較高，同時激光器工作產生的熱量可以通過對流或擴散迅速傳遞到激光增益區之外，其激光輸出平均功率可以做到很高的水平（萬瓦以上），滿足大功率激光加工的要求。

激光加工是未來材料加工應用發展的趨勢之一，而 CO2 激光加工一直占激光材料加工中最主要的地位，世界激光市場也以 CO2 激光機器為主力，約佔全部的七成左右，每年以百分之十左右的速度增長。近幾年來，隨著國際和國內整體產業環境的改變，在產業水準提升、專業人員缺乏、自動化需求增加、產品附加價值和加工質量有待提高的壓力下，激光加工應用已逐漸被國內產業界接受並採用。

由於我國激光器的研發和製造起步較晚，市場擁有量較低，應用領域越來越廣，短期內可維持較高的激光市場增長率，加工應用的市場潛力也很大。

但產業界和工業 CO2 激光的使用者，仍然有許多問題需要去解決，尤其在相關技術人員的養成訓練和新的加工應用領域開拓這兩方面，更須下大力氣。激光激光的前景是廣闊的，激光加工手段的不斷進步必將帶來材料加工領域的一次革命。