淺談激光的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

付振峰+郝超杰

摘 要：激光，作為一種新型的光源，目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)介激光的發(fā)展簡(jiǎn)史、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)激光的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：激光；激光現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

1 引言

激光是20世紀(jì)以來(lái)，繼原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)之后，人類的又一重大發(fā)明。激光光源的出現(xiàn)是人造光源歷史上的一次革命。激光的英文名稱是LASER，是由其全程Light amplification by stimulated emission of radiation取字頭組合而成的專用名次，其漢語(yǔ)意思是通過(guò)受激輻射光擴(kuò)大。1964年10月經(jīng)錢學(xué)森院士提議取名為激光，得到了我國(guó)科學(xué)界的一致認(rèn)同并沿用至今。

2 激光的原理

光與物質(zhì)的相互作用，實(shí)質(zhì)上是組成物質(zhì)的微觀粒子吸收或輻射光子，同時(shí)改變自身運(yùn)動(dòng)狀況的表現(xiàn)。

組成物質(zhì)的離子或原子都有一系列特定的能級(jí)。正常情況下離子或原子只能出在特定的能級(jí)上，這是跟離子或原子內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)是密不可分的。當(dāng)離子或原子狀態(tài)發(fā)生改變，從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，相應(yīng)的就會(huì)吸收或者輻射光子。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致離子或原子的狀態(tài)改變的原因分為三種。

2.1 受激吸收

當(dāng)離子或原子的振動(dòng)頻率與外界激發(fā)頻率相同時(shí)，發(fā)生共振吸收，離子或原子從較低的能級(jí)躍遷到較高能級(jí)，同時(shí)吸收一個(gè)光子。這種躍遷被稱為受激吸收。

2.2 自發(fā)輻射

對(duì)于處于激發(fā)態(tài)（E2）的離子或者原子來(lái)說(shuō)，其狀態(tài)往往是不穩(wěn)定的，會(huì)很快的衰變到較低的能級(jí)（E1）。即使沒(méi)有外界作用，離子或原子也有一定的躍遷概率。在躍遷過(guò)程中，離子或原子會(huì)自發(fā)地輻射出能量為（E2-E1）的光子，頻率為 。這種輻射過(guò)程被稱為自發(fā)輻射。

2.3 受激輻射（激光）

除自發(fā)輻射外，處于激發(fā)態(tài)（E2）的離子或原子還可以以另一種方式發(fā)生躍遷。當(dāng)用一定的頻率 入射時(shí)，會(huì)導(dǎo)致離子或原子

迅速的從激發(fā)態(tài)（E2）躍遷到較低的能級(jí)（E1），同時(shí)輻射出一個(gè)與入射光子頻率、相位偏振狀態(tài)以及傳播方向完全相同的光子。這個(gè)輻射過(guò)程被稱為受激輻射。

3 發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外以美、德、日為代表的幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家在激光加工產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展速度驚人，它們?cè)谥饕拇笮椭圃飚a(chǎn)業(yè)，如汽車、電子、機(jī)械、航空、鋼鐵等行業(yè)中基本完成了用激光加工工藝對(duì)傳統(tǒng)工藝的更新?lián)Q代，進(jìn)入"光制造"時(shí)代。激光在工業(yè)制造中所顯示出的低成本、高效率以及應(yīng)用的巨大潛力，成為世界主要工業(yè)國(guó)家間互相競(jìng)爭(zhēng)的動(dòng)力，紛紛將激光技術(shù)作為本國(guó)重要的尖端技術(shù)給予積極支持，加緊制定國(guó)家級(jí)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃。美國(guó)通過(guò)其"精密激光機(jī)械加工（PLM）協(xié)會(huì)"來(lái)激勵(lì)其新工藝技術(shù)的發(fā)展，力求使美國(guó)工業(yè)激光器技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先的地位，并在世界市場(chǎng)中獲得較大的份額。德國(guó)在1994年-2002年制訂了國(guó)家激光發(fā)展計(jì)劃，促使德國(guó)激光器和激光工業(yè)應(yīng)用后來(lái)居上，位于世界領(lǐng)先地位。激光設(shè)備在德國(guó)汽車和機(jī)械制造中的廣泛應(yīng)用，使其在這些領(lǐng)域內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)能力近年來(lái)得到顯著提高。并制訂了德國(guó)"2002-2006光學(xué)促進(jìn)計(jì)劃"，將激光技術(shù)作為重中之重，認(rèn)為未來(lái)所有制造加工業(yè)中有12%以上的加工工藝需要用激光技術(shù)來(lái)替代。除此之外，英國(guó)"阿維爾計(jì)劃"、日本"激光研究五年計(jì)劃"，甚至俄羅斯、韓國(guó)、新加坡、印度也制訂有專門的激光技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。

根據(jù)國(guó)際激光行業(yè)權(quán)威刊物《LASER FOCUS WORLD》每年發(fā)布的統(tǒng)計(jì)資料表明，全球激光器產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)發(fā)展迅猛，激光產(chǎn)品銷售每年平均以高于10%的速度增長(zhǎng)，并呈現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

3.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)激光技術(shù)研究與國(guó)外同時(shí)起步，是當(dāng)時(shí)與國(guó)外技術(shù)差距最小的高科技領(lǐng)域。在國(guó)家"六五"至"十一五"科技項(xiàng)目的支持下，逐步形成了以華中科技大學(xué)和中科院四大光機(jī)為典型代表的研究機(jī)構(gòu)，在激光器的一些核心技術(shù)研發(fā)上已形成較全面的技術(shù)成果，形成了5個(gè)國(guó)家級(jí)的激光技術(shù)研究中心。其中，激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、激光加工國(guó)家工程研究中心、武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）和最早開(kāi)設(shè)激光學(xué)科的華中科技大學(xué)均坐落在武漢，成為我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)源地。

我國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)一直呈指數(shù)增長(zhǎng)，目前我國(guó)已經(jīng)形成華中、珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海四大激光產(chǎn)業(yè)帶，有21個(gè)省市、地區(qū)生產(chǎn)和銷售激光設(shè)備，常年有定型產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售，并形成一定規(guī)模的企業(yè)有200家左右，以激光產(chǎn)品為主業(yè)的上市公司有兩家。2008年全國(guó)激光產(chǎn)業(yè)銷售總額達(dá)到了80億元。

4 前景預(yù)測(cè)

激光器的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)集中在半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、碟片激光器等。中國(guó)在半導(dǎo)體激光器方面已經(jīng)走在世界的前列，未來(lái)我國(guó)應(yīng)重視對(duì)光纖激光器、碟片激光器的研發(fā)。截至寫稿時(shí)我國(guó)已經(jīng)形成激光加工機(jī)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)200余家，從業(yè)人員近2萬(wàn)，其中科技人員約占50%，具有中高級(jí)職稱的員工約占30%，已經(jīng)形成一支具有相當(dāng)實(shí)力的產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。激光業(yè)界共同努力，自主研發(fā)，提升技術(shù)，激光產(chǎn)業(yè)將在國(guó)際舞臺(tái)上再上一個(gè)臺(tái)階。

5 面臨挑戰(zhàn)

隨著我國(guó)制造業(yè)企業(yè)技術(shù)改造力度加大，近年來(lái)數(shù)控激光切割、焊接成套裝備市場(chǎng)異?；钴S，年需求可達(dá)到1000臺(tái)以上。但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)缺乏滿足行業(yè)需求的國(guó)產(chǎn)中高端激光裝備產(chǎn)品，同時(shí)在與國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行配套服務(wù)時(shí)，配套技術(shù)也達(dá)不到客戶需求。制約激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的某些核心技術(shù)，如激光裝備所需的控制軟件、生產(chǎn)光纖激光器必需的特種光纖等，由于缺乏與數(shù)控相關(guān)企業(yè)、光電子相關(guān)企業(yè)之間的技術(shù)協(xié)作，導(dǎo)致技術(shù)一直難以取得突破，制約了激光產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

中國(guó)激光行業(yè)現(xiàn)狀研究分析及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)報(bào)告對(duì)我國(guó)激光行業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展變化、競(jìng)爭(zhēng)格局等情況進(jìn)行深入的調(diào)研分析，并對(duì)未來(lái)激光市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)向作了詳盡闡述，還根據(jù)激光行業(yè)的發(fā)展軌跡對(duì)激光行業(yè)未來(lái)發(fā)展前景作了審慎的判斷，為激光產(chǎn)業(yè)投資者尋找新的投資亮點(diǎn)。endprint