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回顧60年激光技術(shù)發(fā)展歷程

發(fā)布時間:2020-05-22 來源:元祿光電

神州大地,萬物爭春。大千世界,勃勃生機。時值今年5月激光已滿60大壽,在步履蹣跚中走過了幼年、生龍活虎中度過少年,昂首闊步中進入了青中年,現(xiàn)正意氣風發(fā),笑傲江湖。穿梭在工業(yè)應用里,屹立在世界高新產(chǎn)業(yè)中。60年的時間說長也不長,說短也不短, 60年能給人類留下太多美好,60年也能給人們留下不少歷史滄桑。60年在歷史長河中只是一瞬間,但60年激光的應用對社會的貢獻卻留下了永恒。60年前的一束激光,似星星之火,燎原了世界。

 

世界第一束激光的到來

1960515日,年輕的斯坦福大學博士TheodoreH.Maiman大膽采用當時的量子電子學領(lǐng)域?qū)W術(shù)大師們?nèi)紱]有想到的神奇而簡單的結(jié)構(gòu),在美國休斯公司的實驗室射出了世界第一束0.6943nm的紅寶石激光。這束自然界根本不存在的高相干性、高亮度、高收束性的人造光的誕生,改變了世界工業(yè)生產(chǎn)的格局,打開了多扇人類原來根本不敢想象的應用大門,開始了人類探索與使用激光的旅程。激光已成為20世紀以來最偉大的發(fā)明之一,稱之為最快到刀、最亮的光,最準的尺,現(xiàn)如今的日常工業(yè)生產(chǎn)過程中已經(jīng)無法脫離激光技術(shù)衍生出來的激光加工設備和應用。

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激光成為重要的加工工具

激光的出現(xiàn)給我們帶來無數(shù)美好的驚喜,它以前所未有的方式揭示了光與物質(zhì)的不同尋常的相互作用,并催生了非線性光學這一碩果累累的科研領(lǐng)域。從梅曼在1960516日首次成功使用激光至今,整整60年過去了。在過去的60年中,激光產(chǎn)業(yè)從小到大、從弱到強。激光技術(shù)應用從當初的切割、焊接、打孔到現(xiàn)在清洗測距;從二氧化碳到光纖激光,;從納秒到皮秒;從工業(yè)應用至覆蓋到軍工、航空航天、汽車制造、醫(yī)療、電子制造、光伏生產(chǎn)等多領(lǐng)域當中,激光已成為一種重要的加工工具,已經(jīng)在社會生活的各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。同時在光譜學、外科手術(shù)、生物學和分子成像以及一系列其他領(lǐng)域都得到了重要應用,為科學和社會帶來革命性的變化。

 

日本激光醫(yī)學研究比較活躍,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(shù)的發(fā)展,它們是非切開治療體腔內(nèi)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(shù)的腹腔內(nèi)疾患激光治療法,對高齡人口結(jié)構(gòu)的日本具有重要的、現(xiàn)實的意義。

 

幾代激光人接力共推

激光的橫空出世并不能歸結(jié)于一個人的發(fā)明創(chuàng)造,而是幾十年的科學觀察和實踐的結(jié)晶。一個科學的理論從提出到實現(xiàn),往往要經(jīng)過一段艱難的道路。

1953年,美國物理學家查爾斯·哈德·湯斯和他的學生阿瑟·肖洛制成了第一臺微波量子放大器,獲得了高度相干的微波束。

1958年,C.H.湯斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍。

1960年,T.H.西奧多·梅曼制成了第一臺紅寶石激光器。

1961年,伊朗科學家A.賈文等人制成了氦氖激光器。

1962年,R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導體激光器。

2013年,南非科學與工業(yè)研究委員會國家激光中心研究人員開發(fā)出世界首個數(shù)字激光器,開辟了激光應用的新前景。研究成果發(fā)表在201382日英國《自然通訊》雜志上。

日本1978年在通產(chǎn)省建立“超高性能激光應用復合生產(chǎn)系統(tǒng)”,1985年建立“激光機動加工” 等大型項目,僅幾年時間,使日本激光加工進入了世界先進行列。

70年代有關(guān)激光的三種基本理論—經(jīng)典,半經(jīng)典,量子理論基本形成。

80年代已經(jīng)有了固體、氣體、液體、化學、染料、半導體激光器等激光器。

近幾年,銳科、創(chuàng)鑫、國志激光35000KW大功率光纖激光器已陸續(xù)上市。標致著激光產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。

 

我國從未放松對激光的發(fā)展

1960年世界第一臺激光器問世至今,我國光學界從未放松對激光的發(fā)展。1957年,王大珩等在長春建立了我國第一所光學專業(yè)研究所—中國科學院(長春)光學精密儀器機械研究所(簡稱“光機所”)。在老一輩專家?guī)ьI(lǐng)下,一批青年科技工作者迅速成長,鄧錫銘是其中的突出代表。1961年夏,在王之江主持下,我國第一臺紅寶石激光器研制成功。此后短短幾年內(nèi),激光技術(shù)迅速發(fā)展,產(chǎn)生了一批先進成果。各種類型的固體、氣體、半導體和化學激光器相繼研制成功,其中不少具有獨創(chuàng)性。

 

19805月,我國分別在上海、北京舉行了第一次國際激光會議, 1983年在廣州和1986年在廈門又舉行了第二次、第三次國際會議。改變了我國的激光技術(shù)多年來封閉運轉(zhuǎn)的局面,開始走向世界。一大批年輕科技人才出國進修,其中相當一部分優(yōu)秀人才學成歸國。并先后成立了一批國家重點實驗室、開放實驗室、國家工程研究中心和產(chǎn)學研組織。

 

改革開放以來,激光技術(shù)獲得了空前發(fā)展的機遇。30多年來,面向應用,面向世界,面向未來,激光科技事業(yè)取得了前所未有的進步,涌現(xiàn)出一批國際先進水平的成果,為趕超世界先進打下了堅實的基礎(chǔ)。在國家“863”計劃七大領(lǐng)域中有激光技術(shù)和光電子技術(shù)(包括用于信息領(lǐng)域的激光技術(shù)),1995年又增列了 “慣性約束聚變”主題。國防預研光電子技術(shù)作為跨部門項目正式立項,其中也包括激光技術(shù)。國家“六五”和“七五”攻關(guān)計劃,激光技術(shù)被列為重大項目。十三五剘間,激光被納入國家、省市重點支持項目,使激光發(fā)展進入了一個全新階段。為激光科技成果轉(zhuǎn)化、創(chuàng)造自主知識產(chǎn)權(quán)和促進激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)揮了重要作用。

 

1961年中國第一臺激光器宣布研制成功至今,在全國激光科研、教學、生產(chǎn)和使用單位共同努力下,我國形成了門類齊全、水平先進、應用廣泛的激光科技領(lǐng)域,并在產(chǎn)業(yè)化上取得可喜進步,為我國科學技術(shù)、國民經(jīng)濟和國防建設作出了積極貢獻,在國際上了也爭得了一席之地。

 

星星之火 燎原世界

目前以激光器為基礎(chǔ)的激光工業(yè)在全球的發(fā)展勢頭非常迅猛,現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育、科研等方面。激光行業(yè)已形成完整、成熟的產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品、消費產(chǎn)品、儀器設備為主。以美國、歐洲、日本和中國為首的激光大國正在引領(lǐng)行業(yè)走向輝煌。從2018年全球激光器市場規(guī)模來看, 2018年,中國激光器市場規(guī)模占全球市場的64.9%,美國地區(qū)占全球激光器市場的8.2%,歐洲地區(qū)占15.2%。其它占11.7%。2019年在復雜的世界經(jīng)濟和政治環(huán)境中,全球激光器銷售額為147.3億美元,相比2018137.6億美元,依然獲得 9.9%的增長。

 

來源:激光制造網(wǎng)


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