激光打標機技術(shù)發(fā)展回顧與展望
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anymark 發(fā)布時間：2011-07-21 17:15:52
“激光”一詞是“LASER”的意譯。LASER原是Light amplification by stimulated emissi on of radiation取字頭組合而成的專門名詞，在我國曾被翻譯成“萊塞”、“光激射器” 、“光受激輻射放大器”等。1964年，錢學森院士提議取名為“激光”，既反映了“受激輻射”的科學內(nèi)涵，又表明它是一種很強烈的新光源，貼切、傳神而又簡潔，得到我國科學界的一致認同并沿用至今。
從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。? 一、我國早期激光技術(shù)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。早在1958年美國物理學家肖洛、湯斯關(guān)于激光原理的著名論文發(fā) 表不久，他便積極倡導開展這項新技術(shù)研究，在短時間內(nèi)凝聚了富有創(chuàng)新精神的中青年研究 隊伍，提出了大量提高光源亮度、單位色性、相干性的設想和實驗方案。1960年世界第一臺激光器問世。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。在基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)方面、一系列新概念、新方法和新技術(shù)（如腔的Q突變及轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、行波放大、錸系離子的利用、自由電子振蕩輻射等）紛紛提出并獲得實施，其中不少具有獨創(chuàng)性。?
同時，作為具有高亮度、高方向性、高質(zhì)量等優(yōu)異特性的新光源，激光很快應用于各技術(shù)領(lǐng)域，顯示出強大的生命力和競爭力。通信方面，1964年9月用激光演示傳送電視圖像，1964年11月實現(xiàn)3～30公里的通話。工業(yè)方面，1965年5月激光打孔機成功地用于拉絲模打孔生產(chǎn)，獲得顯著經(jīng)濟效益。醫(yī)學方面，1965年6月激光視網(wǎng)膜焊接器進行了動物和臨床實驗 。國防方面，1965年12月研制成功激光漫反射測距機（精度為10米/10公里），1966年4月研制出遙控脈沖激光多普勒測速儀。
表一:我國各類激光器的“第一臺”?
名 稱 研制成功時間 研 制 人
He-Ne激光器 1963年7月 鄧錫銘等
摻釹玻璃激光器 1963年6月 干福熹等
GaAs同質(zhì)結(jié)半導體激光器 1963年12月 王守武等
脈沖Ar+激光器 1964年10月 萬重怡等
CO2分子激光器 1965年9月 王潤文等
CH3I化學激光器 1966年3月 鄧錫銘等
YAG激光器 1966年7月 屈乾華等
可以說，在起步階段我國的激光技術(shù)發(fā)展迅速，無論是數(shù)量還是質(zhì)量，都和當時國際水平接近，一項創(chuàng)新性技術(shù)能夠如此迅速趕上世界先進行列，在我國近代科技發(fā)展史上并不多見。這些成績的取得，尤其是能夠把物理設想、技術(shù)方案順利地轉(zhuǎn)化成實際激光器件，主要得力于光機所多年來在技術(shù)光學、精密機械和電子技術(shù)方面積累的綜合能力和堅實基礎(chǔ)。一項新技術(shù)的開發(fā)，沒有足夠的技術(shù)支撐是很難形成氣候的。? 二、重點項目帶動激光技術(shù)的發(fā)展
激光科技事業(yè)從一開始就得到了領(lǐng)導和科學管理部門的高度重視。當時中國科學院副院長張勁夫提出建立專業(yè)激光研究所的設想，很快得到國家科委、國家計委的批準。主管科技的聶榮臻副總理還特別批示：研究所要建在上海，上海有較好的工業(yè)基礎(chǔ)，有利于發(fā)展這一新技術(shù)。1964年，我國第一所，也是當時世界上第一所激光技術(shù)的專業(yè)研究所——中國科學院上海光學精密機械研究所（簡稱“上海光機所”）成立。當年12月在上海召開全國激光會議，張勁夫、嚴濟慈出席并主持會議，140位代表提交了103篇學術(shù)報告。?
1964年啟動的“6403”高能釹玻璃激光系統(tǒng)、1965年開始研究的高功率激光系統(tǒng)和核聚變研究，以及1966年制定的研制15種軍用激光整機等重點項目，由于技術(shù)上的綜合性和高難度，有力地牽引和帶動了激光技術(shù)各方面在中國的發(fā)展。我國的激光科技事業(yè)，雖然也遭遇了“文革”十年浩劫，但借助于重點項目的支撐，仍艱難地生存了下來并取得可貴的進展。?
1.“6403”高能釹玻璃激光系統(tǒng) 1964年啟動，最后從技術(shù)上判定熱效應是根本性技術(shù)障礙，于1976年下馬。這一項目對發(fā)展高能激光技術(shù)有歷史貢獻是不可忽視的，它使我國激光技術(shù)的水平上了一個臺階。其成果主要表現(xiàn)在：
?。?）建成了具有工程規(guī)模的大口徑（120毫米）振蕩—放大型激光系統(tǒng)，最大輸出能量達32萬焦耳；改善光束質(zhì)量后達3萬焦耳。
?。?）實現(xiàn)了系統(tǒng)技術(shù)集成，成功地進行了打靶實驗，室內(nèi)10米處擊穿80毫米鋁靶，室外2公里距離擊穿0.2毫米鋁耙，并系統(tǒng)地研究了強激光輻射的生物效應和材料破壞機理。
?。?）第一次揭示了強光對激光系統(tǒng)本身的光損傷現(xiàn)象和機制。
?。?）第一次深入和理解激光光束質(zhì)量的重要性和物理內(nèi)涵，采用了一系列提高光束質(zhì)量 的創(chuàng)新性技術(shù)，如萬焦耳級非穩(wěn)腔激光器、片狀激光器、振蕩—掃瞄放大式激光系統(tǒng)、尖劈法光束質(zhì)量診斷等。
（5）激光元器件和支撐技術(shù)有了突破性提高，如低吸收高均勻性釹玻璃熔煉工藝、高能脈沖氙氣、高強度介質(zhì)膜、大口徑（1.2米）光學精密加工等。
?。?）培養(yǎng)和造就 了一批技術(shù)骨干隊伍。
2. 高功率激光系統(tǒng)和核聚變研究 1964年王淦昌獨立提出激光聚變倡議，1965年立項開始研究。經(jīng)幾年努力，建成了輸出功率10（上標10）瓦的納秒級激光裝置，并于1973年5月首次在低溫固氘靶、常溫氘化鋰靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我國第一臺多程片狀放大器，把激光輸出功率提高了10倍，中子產(chǎn)額增加了一個量級。在國際上向心壓縮原理解密后，積極跟蹤并于1976年研制成六束激光系統(tǒng)，對充氣玻殼靶照射，獲得了近百倍的體壓縮。這一系列的重大突破，使我國的激光聚變研究進入世界先進行列，也為以后長期的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
3. 軍用激光研究 1966年12月，國防科委主持召開了軍用激光規(guī)劃會，48個單位130余人參加，會議制定了包括含15種激光整機、9種支撐配套技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。雖未正式批準生效，但仍起了有益的推動作用。此后的幾年內(nèi)，這一領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批重要成果。例如：
?。?）靶場激光距技術(shù)初試成功：采用重復頻率為20赫茲的YAG調(diào)Q激光器，測距精度優(yōu)于2米，最遠測量距離達660公里，加在經(jīng)緯儀上，可實現(xiàn)對飛行目標的單站定軌。這一成果為以后完成洲際導彈再入段軌跡測量創(chuàng)造了必要條件。
?。?）紅寶石激光人造衛(wèi)星測距：成功地對美國實驗衛(wèi)星Expl-27號、29號 和36號進行了測量、最遠可測距離為2300公里，精度2米左右。這是第一代人造衛(wèi)星的測距成果，為以后更遠距離、更高精度的人造衛(wèi)星測距打下了基礎(chǔ)。
?。?）紅寶石激光雷達和機載紅外激光雷達，首次實現(xiàn)了地—空和空—空對飛機的跟蹤測距。
?。?）激光航測儀：將激光測距機和航空照相機組合，由飛機機載對地航測，完成對邊遠地區(qū)等復要地形的測繪。重復率6次/分，測距精度1米。
?。?）地炮激光測距機：可獨立完成觀察、測距、測角（方向和高低角）及磁針定向等功能。測距范圍300-10000米，精度5米。 在激光應用方面，Nd:YAG激光通信（3-12路）、He-Ne激光通信、單路/三路半導體激光通信在通信試驗中已獲得成功；Nd:YAG激光手術(shù)刀、CO2激光手術(shù)刀、激光虹膜切除儀等醫(yī)療設備也已投入使用；激光全息攝影、激光全息在平面光彈中的應用，脈沖激光動態(tài)全息照相和拉曼分光光度計已成為計量科學的新手段；數(shù)控激光切割機、激光準直儀、激光分離同位素硫、用于農(nóng)業(yè)研究的液體激光器、大屏幕導航顯示器等成果也在工農(nóng)業(yè)中獲得了應用。 1978年3月召開的全國科學大會上，獲得獎勵的激光項目有近80項，其中民品約70項，軍品約10項，綜合地反映了我國激光技術(shù)發(fā)展在這一時期的成績。 三、改革開放后取得前所未有的進步
改革開放以來，激光技術(shù)獲得了空前發(fā)展的機遇。20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，為邁向21世紀 打下了堅實的基礎(chǔ)。
1980年5月，分別在上海、北京舉行了第一次國際激光會議，與會代表218人（國外66人），宣讀113篇報告（國外65篇），鄧小平同志親切接見了與會中外代表。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。
為了形成高水平的研究開發(fā)中心，對科研隊伍和布局進行了積極調(diào)整，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。由于擁有國際先進的儀器設備和設施，聚集了高水平的科技人才，又有較為靈活的運行機制，目前正在為激光科技成果轉(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)揮重要作用。
在多項國家級戰(zhàn)略性科技計劃中，激光技術(shù)受到重視。“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。此外，國家自然科學基金1986-1998年間年平均資 助27.6個激光領(lǐng)域項目。這些由國家支持的計劃都經(jīng)過了充分論證和嚴格挑選，對國民經(jīng)濟和國防建設具有重要意義。許多激光科研單位也主動進行組織體制和運行機制的改革，面向市場、鼓勵創(chuàng)新、大力促進科技成果向商品轉(zhuǎn)化，取得了可喜成績。
激光器研究向縱深發(fā)展，不斷追求高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性、長壽命、短脈沖、波長可調(diào)諧等目標。這一時期，激光技術(shù)成果豐碩，許多具有重大應用價值和達到國際先進水平。其中的代表性成果有：
1. 測距和測衛(wèi) 新一代實用測距系統(tǒng)投入使用，完成了預定的重要任務。其中，718和G-179激光電影經(jīng)緯儀投入使用并圓滿完成任務；第一臺全激光跟蹤測距雷達外場試驗成功；第一臺實用化紅外激 光雷達（G-168）設計定型，交用戶使用；戰(zhàn)術(shù)軍用激光測距儀（炮兵、坦克、手持）批量生產(chǎn)。 建成第三代人造衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)反入使用并達到國際水平。第一代紅寶石SLR系統(tǒng)的測距精度為米級，第二代YAG調(diào)Q激光器的精度達分米級，第三代鎖模激光器加微機系統(tǒng)在大于8000公里距離上精度達厘米級。在上海、武漢、長春、北京等先后建站，形成了中國網(wǎng)，數(shù)據(jù)參加國際交流。
2. 慣性約束聚變（ICF）激光驅(qū)動器——“神光”系列 在王淦昌、王大珩的指導下，中國科學院和中國工程物理研究院從80年代開始聯(lián)合攻關(guān)，承擔了“神光”系列激光系統(tǒng)的研制和ICF物理實驗，取得了國際矚目的成就。其中，“神光-Ⅰ”激光裝置于1986年建成，輸出功率2萬億瓦，達到國際同類裝置的先進水平?！吧窆?Ⅰ”連續(xù)運行8年，在ICF和X射線激光等前沿領(lǐng)域取得了一批國際一流水平的物理成果。90年代又研制了規(guī)模擴大4倍、性能更為先進的“神光-Ⅱ”裝置，并即將投入運行。1995年，IC F在“863計劃”中立項，開始研制跨世紀的巨型激光驅(qū)動器——“神光-Ⅲ”裝置，總體設 計和關(guān)鍵技術(shù)研究已取得一系列高水平的成果。
3. 新型激光器 兩種高功率連續(xù)波化學激光器，3.8微米的氟氘激光器（DF）和1.315微米短波長氧碘激光器（COIL），均取得突破性進展，功率和光束質(zhì)量僅次于美國，達到當前國際水平。 X射線激光方面，碰撞機制的類氖鍺軟X射線激光（波長為23.2納米和23.6納米）達到增益飽和并具有近衍射極限的光束質(zhì)量，居國際領(lǐng)先水平；復合泵浦X射線激光研究獲得一系列國際 首次報道的新譜線，并向短波長推進到4.68納米。 自由電子激光器和多波長可調(diào)諧激光也取得了可喜進展。
4. 中國牌新晶體走向世界 我國發(fā)明的BBO、LBO晶體，以及KTP、鈦寶石等晶體以優(yōu)異的質(zhì)量在國際市場享有盛譽并占有一定的份額。 四、方興未艾的激光行業(yè)
盡管早在60年代已在加工（激光打孔）、醫(yī)療器械和測距等方面出現(xiàn)了激光產(chǎn)業(yè)的雛形，然而當時只是零星的、分散的小量研制性生產(chǎn)，未能形成氣候。真正得到重視并實質(zhì)性起步，還是在改革開放發(fā)后，特別是“發(fā)展高技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的政策導向下，我國才有了真正意義上的激光產(chǎn)業(yè)。
1987年1月，中國光學行業(yè)協(xié)會成立，后改名為中國光學光電子行業(yè)協(xié)會，其下設有激光分會。據(jù)1998年該行業(yè)協(xié)會對我國激光產(chǎn)業(yè)狀況的調(diào)研統(tǒng)計，全國主要激光產(chǎn)品生產(chǎn)單位約100多家，從業(yè)人員6400人，人均銷售額12.5萬元，主要分布在湖北、北京和上海。我國的激光產(chǎn)業(yè)由1988年的1億元增加到1998年的8億元，平均年增長22.3%，10年總銷售額達41.2億元。1998年出口1120萬美元，占總值的11.6%。
按國際慣用分類方法，激光產(chǎn)品包括激光加工、醫(yī)療、印刷、光存儲，測距準直、檢測、文娛教育中的各種激光儀器和設備，激光器件和通信用激光組件，以及激光用材料元器件和部件等11類。在我國，銷售額最大的是激光測距和準直，發(fā)展最快的是激光加工（近兩年來YAG 激光加工設備以46%-60%的速率增長，達9000萬元，超過了CO2激光加工設備）。激光醫(yī)療市場開發(fā)較早，曾以高速度增長，但現(xiàn)正處于低谷，銷售額在5500萬元徘徊。高端產(chǎn)品市場幾乎全被國外產(chǎn)品占領(lǐng)，但天津大學開發(fā)的TD-98型Q開關(guān)紅寶石激光治療機以質(zhì)量取勝，通過了美國FDA認證并批量出口。1998年激光器分類表明固體激光占37.4%，半導體激光占18.5%，呈現(xiàn)出固體激光市場旺盛，半導體激光迅速增長的趨勢。二極管泵浦的固體激光器（脈沖、連續(xù)、單模穩(wěn)頻、微片、倍頻）將成為新的增長點。
由于歷史原因，我們激光科研力量相對較強，而激光產(chǎn)業(yè)尚處幼稚產(chǎn)業(yè)階段，在社會轉(zhuǎn)型時期如何抓住機遇，大力促進我國激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在國內(nèi)外市場占有更多份額，是廣大激光工作者面臨的光榮而艱巨的任務。 五、結(jié)束語
經(jīng)過38年的努力，我國激光技術(shù)有了較為雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，鍛煉培養(yǎng)了一支素質(zhì)較高的隊伍 。這支隊伍遍布科研、高校、產(chǎn)業(yè)部門和企業(yè)、地方，科技人員達數(shù)千人，包括一批學成歸國的優(yōu)秀青年科學家和20多名兩院院士?？梢灶A計，我國激光科學技術(shù)在21世紀必將有更輝煌的發(fā)展。在ICF激光驅(qū)動器、高功率化學激光器、半導體泵浦的固體激光器、超短超強激光器、激光測距測衛(wèi)、人工晶體和激光產(chǎn)業(yè)等方面，我國激光科技工作者將銳意創(chuàng)新，攀登新的高峰。
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