激光技术及产业发展之路

admin

光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。
　　科学界预测，到2005年，光子产业的产值将达到电子产业产值水平，到2010年，以光电子信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模，到2010年至2015年，光子产业可能会取代传统电子产业。光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。我国在激光科研领域并不落后，但达到应用的还是不多，特别是在微电子、汽车、机械制造这些领域，激光技术还没有发挥出应有的作用。我国的光电子信息技术产业发展较快的地区是湖北、北京、上海等省市。武汉东湖新技术开发区50平方公里范围内，目前聚集了武汉邮电科学研究院、华中科技大学、武汉大学、中国科学院武汉物理所等各类科研机构，有科技人员10万余人，其中近三分之一的科技人员从事光电子信息技术及相关领域的研究开发和产业化。广东省与美国朗讯科技公司已宣布将共同投资一百二十亿元人民币建设“广东光谷”。东北的长春和上海浦东新区也相继开始建设“光谷”和“光电子工业园”。
但这只是新产业的开头，为了抢占21世纪高新技术的制高点，就必须有丰富的人才资源，营造良好的投资创业环境，高度聚合教育、科研、人才、资金和市场等各种资源和要素，组合启动大批项目，加快发展光电子产业，建设集研究开发、人才培养、生产制造和市场拓展于一体的光电子产业带。武汉作为中国激光产业基地，在这点上是很有优势的，而激光产业正是光电产业的核心技术，掌握了尖端的激光技术，也就可以使自己在光电产业的竞争中成功。
　　激光技术的应用领域，如激光医疗及激光检测方面美国占首位，美国也是最早将高功率激光器引入汽车工业的国家，在激光材料加工设备方面，德国走在了世界前列。面对光电子信息技术的迅猛发展，世界发达国家正在动员国家力量加速光电子信息产业的发展，美国、德国、日本、英国、法国竞相将光电子技术引入国家发展计划，美国还在亚利桑那州的亚利桑那大学建立了“美国光谷”。我国在光电子技术方面是与国际水平差距较小的一个领域，与发达国家几乎同时起步。1960年，世界第一台红宝石激光器问世，第二年，我国第一台红宝石激光器就研制成功了。此后我国激光技术迅速发展，特别是在改革开放后，以激光为特色的光电子信息产业作为一支产业新军迅速崛起。武汉、广东、上海、长春提出的“中国光谷”的概念，从实际操作来看，这些“光谷”从经济、科技以及社会效益，都取得了重要成就和巨大进步。
　　作为激光技术产业化的重要载体，激光企业所面临的挑战就是要随时掌握最先进的激光及其应用技术，了解市场动态，开发相关的适合市场需要的产品。
　　激光技术水平主要表现在于激光器技术水平及基于此的应用。固体激光器根据其能量大、峰值功率高、结构紧凑、牢固耐用等优点，广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面。但是传统的固体激光器通常采用高功率气体放电灯泵浦，其泵浦效率约为3%到6%。泵浦灯发射出的大量能量转化为热能，不仅造成固体激光器需采用笨重的冷却系统，而且大量热能会造成工作物质不可消除的热透镜效应，使光束质量变差。加之泵浦灯的寿命约为300小时，操作人员需花很多时间频繁的换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低，但如果采用二极管泵浦的固体激光器，则可以很好的避免这一点。湖北光通光电系统有限公司已经成功的掌握了大功率全固化固体激光器的核心制造技术，并制定了大功率全固化固体激光器的企业标准，如果将此技术向产业化方向发展，必然会给激光技术的应用带来革命性的变革。
　　要适应新环境下的应用，固体激光器就必须向着全固化、超短脉冲、短波长的方向发展，目前也取得了一定的成绩，上海光机所强光光学开放研究实验室成功建立了5.4太瓦(1012w)/46飞秒(10-15s)级小型化超强超短激光装置，重复频率每秒10次，稳定可靠，工作台面占地不到10平米，光束质量优良，具备提供1018～1019w/cm2量级的超高超快强场能力。日本一技术开发机构经过实验确认短波长的紫外线可制造线宽为0.07微米的半导体元件，实用化后可将存储元件的信息存储容量提高６0倍。现在的半导体元件加工技术多采用波长为250纳米的紫外线激光在线路板上曝光，能够蚀刻线宽为0.25至0.15微米的半导体元件。由日本政府和企业联合组成的超尖端电子技术开发机构通过实验确认，使用波长为1３纳米的紫外线可加工线宽为0.07微米的精细半导体电路。用半导体激光二极管泵浦的固体激光器是新世纪的主要发展方向，它的体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长，是目前发展最为迅速的极理想的泵浦光源。半导体激光二极管在光通讯和光信息存储、处理方面占据了绝对的领导地位。然而激光二极管由于辐射出的光束质量远比其它激光器差，单色性较差等原因，在对光束质量要求比较高的场合无法使用，所以一般都用来作为固体激光器的泵浦源。随着金属有机化学汽相沉积(MOCVD)的发展和多量子阱(MQW)技术的出现，半导体激光器件(LD)的工作特性，无论是激光功率、阈值电流，还是运转条件、输出稳定性等都有了显著的改善，这反过来又极大地推动了固体激光技术的发展。
　　气体工作的物质的谱线宽度远比固体好，激光的单色性能较好。但由于气体激活粒子密度远比固体小，所以气体激光器的体积相对比较庞大。但气体激光器仍然是目前应用最广泛的一种激光器，特别是准直导向、计量、材料加工、全息照相以及医学、育种等。射频CO2激光器放电均匀稳定，激光光束质量好，是气体激光器的主要发展方向，但由于极间距离很短，1-2mm，放电宽度大，10-30mm，输出光束为长宽比值很大的矩形光斑，不同方向发散角也不同，不适合工业激光精加工。射频信号对人体有危害，射频激励技术复杂成本昂贵，不便于普及和推广，但如果可以解决上述技术难题，射频气体激光器大有可为。
　　激光器在工业加工中的应用以电子元件的封装、医疗器械的微加工、塑料的永久性冷标刻以及微型部件立体成型等应用的增长速度最快。在以往，准分子激光器曾经是此类应用中主要的和首选的激光源。随着结构紧凑、具有高平均功率、高可靠性、操作简便的半导体泵浦固体紫外激光器的出现，情况已有所改变，这种激光器不仅能够在某些应用领域中取代准分子激光器,而且它们的低操作成本和高可靠性等优点毫无疑问将促进紫外微加工应用市场的飞跃和产品多样化的发展。光束的衍射现象是限制加工部件最小尺寸的主要因素，最小可达到的聚焦点的直径随着波长的增加而线性增加。紫外光加工材料过程称为“光蚀”效应，高能量的光子直接破坏材料的化学键是“冷”处理过程，热影响区域微乎其微：相比之下，可见光和红外激光器利用聚焦到加工部位的热量来熔化材料，热量经过传导会影响到周围的材料，产生热影响区域。良好的聚焦性能和冷处理两个优点结合在一起，使得紫外激光器可以加工极其微小的部件；不仅如此，由于大多数材料都能够有效地吸收紫外光，从而紫外激光器有更高的灵活性和更广的应用场合，可以被用来加工红外和可见光激光器加工不了的材料。
　　激光技术和产业正向着全固化和超短波长，微加工，高可靠性等方向发展，而且其发展前景是不可限量的，无论是围绕激光技术展开的应用还是其它技术中蕴涵的激光技术，激光技术必将是光电产业的核心，武汉·中国光谷有着最重要激光人才优势，而且武汉一直是中国激光产业基地，要进行具有规模效益的产业化发展，还需要有更好的外部环境和政策。政府可以加强基础设施环境支撑，给企业提供广阔的发展空间。加速技术创新和提高对人力资源的重视，建立全方位、多层次的光电人才教育体系，为光电产业发展提供高素质后备军。建立和完善适应光电产业从业人员发展需要的终生教育体系。协调整合光电科技研发资源，形成产业发展的强大技术源头。制定吸引人才的政策措施，鼓励企业通过联合攻关，双向交流等多种形式吸引人才。创造良好的商业服务环境支撑。建立高效的行政管理体制。形成良好的投融资机制。建立风险投资机制，制定优惠政策，吸引国内外风险投资；组织融资推介活动，促进金融资本与技术的结合。培育完善的中介服务机构，建立规范的市场体系，保护知识产权等。
　　作为激光企业，在外部环境的支持下，必须不断的完善自身素质，提高企业的技术水平和市场判断能力，加快新产品的开发周期，这样才能在中国加入WTO组织后得到进一步的发展。要想在21世纪尖端科技较量中夺魁，主要在于能否取得光电子技术及产业发展中的主动权。对于激光企业，如果可以在技术上获得优先，在产品上重视产业化及规模化生产技术的研究，强化工艺技术，规格化生产，注意质量及可靠性，是可以在新环境和新技术中获得成功的。