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全球九大顶尖的激光技术强国

发布时间:2022/11/16 17:40:07   
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激光技术是与计算机技术、半导体技术、原子能技术并称为二十世纪全球四大发明之一的高新技术,对人类社会发展影响巨大。激光凭借着方向性好、单色性、以及能量高度聚集等优良特性,被广泛应用于各行各业。从日常的衣食住行,到工业领域加工制造的各个环节,再到医疗美容,激光的身影无处不在,影响着大众生活的方方面面。从一个国家激光产业的发展状况,可以在一定程度上透视出整体的工业制造水平

从全球范围来看,历史上美国、德国和日本是在激光产业和技术上最具领先优势的国家,中国激光产业后来居上,发展引人注目。下面分别介绍全球九大激光强国如下:

一、中国

全球行业地位:中国的激光技术已位居世界领先前列,并广泛用于科研、工业加工、通信、医疗、农业、信息、军事及精密测量等领域,并带动了这些领域的技术进步和新兴产业的出现。中国工程物理研究院院长赵宪庚透之前说过,中国在聚变级高功率激光驱动器研究、超短超强激光技术研究等方面展开技术攻关,并取得了一系列突破和创新。

中国是世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形及技术的国家。中国是世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造且付诸实用的国家。从公开资料来看,中国生产的激光成形钛合金构件明显优于发达国家美国。加工钛合金复杂结构件,其成本仅是传统工艺的5%。中国尤其在全球范围内的激光薄膜损伤阈值提升竞争中,从跟跑、并跑,最终实现超越,并通过竞赛的绝对优势强化了中国在激光领域的全球领先地位。中国在实验室研制的薄膜元件基本能用于所有的激光领域,长波从几个微米,到短波X射线基本都能够覆盖。

值得一提的是,超强激光光源研究,全球竞争态势异常激烈,中国在超强激光装置的研制方面具有很好的基础和特色,中国科学家有望取得重大突破并在国际上跻身最前列的前沿科技领域。

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室曾经公布的年基频激光反射薄膜元件激光损伤阈值国际竞赛结果:中国科学院强激光材料重点实验室薄膜光学实验室研制的激光反射薄膜元件再次获得世界第一,损伤阈值高出第二名20%左右。中国的这次取得科研成果也使人类实现高效的激光点火核聚变更接近现实,为人类更好的利用核聚变制造清洁能源做出了巨大贡献。

全世界科学家一直梦想着在地球实验室里实现核聚变反应,期望能够获得取之不尽的清洁能源。相比人类目前采用的裂变式的核能,聚变反应更加高效,并且几乎没有放射性污染等环境问题。聚变反应需要的燃料可直接从海水中富含的氚和氘中提取,假如每升海水中所蕴含的氘和氚发生完全的聚变反应,就能够产生相当于升汽油燃烧时释放的能量。以此推算,目前世界能源消耗水平和海水存量,聚变产生的能量可供人类使用数亿年之久,因此,聚变能被科学家看作是人类的终极能源。

中国在年9月9日中科院网站公布的信息,中国的深紫外固态激光源系列前沿装备领域,中国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。

氟代硼铍酸钾晶体(KBBF)是一种非线性光学晶体材料,能够将激光转化为史无前例的nm波长(深紫外)激光,从而可以制造出深紫外固体激光器。

中国早在年,陈创天院士和他的研究团队针对LBO和BBO两种晶体不能实现深紫外(指波长短于nm)倍频光输出的缺点,运用分子工程学方法,于年发现了KBBF(KBe2BO3F2)晶体。此晶体的发现使得非线性光学晶体推向了深紫外波段,刚一公布就在全世界引起巨大反响。

中国湖南师范大学物理与电子科学学院教授景辉,早在提出了一种单向量子声子激光技术,既能实现信号高保真度的定向放大,又可明显抑制反向噪声对芯片功能的干扰或损害。该技术方案不依赖材料非线性,方便拓展到集成阵列电路,填补了国际上单向声子激光研究的空白,为量子计算、单向通信、隐身探测、热流控制等的实际应用提供了一种通用方法。

中国在超高功率激光脉冲输出领域取得巨大成就。早在年,上海张江综合性国家科学中心超强超短激光实验装置研制工作取得重要进展:成功实现了5拍瓦激光脉冲输出,达到国际领先水平。著名理解5拍瓦激光脉冲输出呢?1拍瓦等于1千万亿瓦,相当于全球电网平均功率的倍;这样强的激光脉冲时间仅为1飞秒(1秒的1千万亿分之一)。普通照相机最快可以达到毫秒级,这一相当于飞秒级照相机的科学装置,可以为电子运动轨迹成像。超强超短激光被认为是人类已知的最亮光源,是国际激光科技的最新发展前沿和重点竞争领域,具有重大科技意义与应用价值。

中国科研人员及时捕捉到了声子谐振器加工制造受噪声影响的关键信息,并组织团队进行攻关研究。突破这一研究难题的是湖南师范大学物理与电子科学学院团队,该团队经过深入研究,提出了一种单向量子声子激光技术,该技术既能实现信号高保真度的定向放大,又可明显抑制反向噪声对芯片功能的干扰或损害,可有效解决声子谐振器这一关键器件制备的难题。

中国曾一直在努力提升激光器的功率,比如年底,上海光机所研制的超短超强激光器,曾实现了万亿瓦激光脉冲输出,值得一提的是,这是脉冲输出而不是一般输出,因此它是世界同类激光器迄今最大功率的输出,意味着中国激光器达到很高水平。

中国的激光与光电产业经过长期的发展,曾经形成了华中地区、环渤海地区、长三角地区及广东省四大产业聚集地,且建立了一批光电技术产业化基地和光电信息产业基地。其中武汉光谷和环渤海地区是典型的技术驱动型产业集群,众多的科研院校和光电实验室是其发展的重要推动力。广东省成为市场驱动型的产业集群,消费类产品最具优势。长三角地区的激光与光电产业主要依托当地充足的资本和成熟的市场。

全球排名前三的著名企业分别为Trumpf(通快),大族激光、IPG(阿帕奇)。其中中国的大族激光从、年的全球第三上升至第二。

中国重要激光巨头:

大族激光:亚洲最大、世界排名前三的工业激光加工设备生产厂商,世界著名的激光加工设备生产厂商。从4年在深圳上市到今天,大族市值已经突破亿,全球员工已经超过0人。

华工激光:华工激光工程有限公司是激光设备和等离子切割设备的制造商。华工激光是国家重点高新技术企业,国际标准制定参与单位,国家标准制定领导机构和承担单位。公司拥有企业技术中心和激光先进制造技术省级重点实验室。同时依托国家激光加工工程研究中心、国家激光技术重点实验室、激光加工展示中心三大智能平台,承担激光行业重点项目和重大科技研究项目。

楚天激光:武汉中谷联创光电科技有限公司是一家规模庞大、产品多样、市场网络健全的专业激光设备制造商。武汉楚天激光集团有限公司成立于年,拥有工业激光、医用激光和文化创意激光三大品牌,为全球客户提供完整的激光应用解决方案。

二、德国

全球行业地位:德国在激光领域、光材料加工、光电能源开发应用方面处于世界领先的地位。德国的激光器、激光应用技术与系统集成、激光材料技术发展非常快,比如用于加工技术的激光器占据了全球40%的市场份额。德国柏林在光通信技术、照明产业和光电子技术,微波技术方面有着雄厚的实力,柏林的Adlersho是德国重要的光学产业基地,其激光与光电产业每年曾经创造大约8千万马克的效益。

激光技术在德国经济中发挥十分重要作用,全球销售40%光源和20%激光材料加工系统来自于德国。尤其是用于制造业的激光器,德国激光企业更是走在全球前列。

德国为了维护并巩固激光领域的优势,德国教育研究联邦机构(BMBF)成立了数字光子生产(DPP)研究基地,并每年资助万欧元,连续资助15年。亚琛工业大学,弗劳霍夫激光技术研究所(ILT)联合其他企业合作的Femto光子产品联合研究项目为超快激光器应用于材料加工制造奠定基础。

DPP研究基地建立大学和弗劳霍夫以及来自企业的28个合作伙伴之间的长期系统合作模式。DPP研究基地专注于利用激光器作为新工具的研究新方法和基本物理效果,特别是未来主题,如能源、健康、安全,信息和通信技术。

德国耶拿大学光学与量子电子学研究所曾经成功将该校“全二极管泵浦固态激光系统”发射的激光脉冲能量提高了两倍多,这一技术可望用于改进癌症放射治疗等方面。耶拿大学的新闻公报说:POLARIS的激光系统是目前世界上唯一可生成峰值功率超过太瓦(1太瓦等于10的12次方瓦特)激光脉冲的全二极管泵浦固态激光系统。此前,这一激光系统可在不到飞秒(1飞秒为1秒的一千万亿分之一)的激光脉冲持续时间内产生能量达14焦耳的激光脉冲。经过设备改进,该激光系统目前已能在飞秒的激光脉冲持续时间内产生能量达50焦耳的激光脉冲。

德国激光焊接机全球领先,其激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,假如焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了全球激光焊接的新领域。

德国激光焊接机具有全球领先的技术,与其它传统焊接技术相比,激光焊接的突出优点是:速度快、深度大、变形小;能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。比如激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。可焊接难熔材料如钛、石英等,并能对异性材料施焊,效果良好;激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。

德国曾拥有世界上最先进的前列腺增生微创手术设备——德国铥激光(又称2微米激光)治疗系统。德国铥激光治疗系统是治疗前列腺增生在全球公认的大哥大,因它克服了以往治疗设备的种种缺陷,让前列腺增生患者以更小的代价获得康复。同时,它也是世界上非常昂贵的前列腺增生微创手术设备。

德国重要激光巨头:

德国拥有全球激光行业里的第一大巨头——通快集团。爱因斯坦曾经于年在他的论文《关于辐射的量子理论》中提出了受激辐射的概念,这一理论的提出开启了一门崭新的学科,梅曼于年将这一理论变成现实,制作出世界上第一台激光器,为一个全新产业的诞生奠定了基础。德国通快公司曾经被一家专业杂志评为“步冲机之王”。通快是世界上最大的机床供应商之一,拥有70多家运营子公司,在全球主要市场均有代表处。德国通快全球领先的激光技术产品包括:用于三维部件的切割,焊接和表面处理的激光系统。通快还提供高性能CO2激光器,磁盘和光纤激光器,直接二极管激光器,超短脉冲激光器,以及标记激光器和标记系统。早在年,金属部件的3D打印机被添加到投资组合中。

三、美国

全球行业地位:美国是世界上激光技术发展最先进的国家。尤其是在半导体激光器核心技术方面,美国掌握着关键技术。美国对于激光器的发展不遗余力,先后制定有多种用于防空、反导、打击地面目标的激光器计划。尤其以机载激光器(ABL)为代表的化学激光器发展最为成熟,也最接近实战使用。美国是世界光电子高技术研究的重心。美国在传统光电子领域和多个科技领域具有很强的技术优势和发展后劲,尤其在光通信和光显示产业等方面已赶上和超过日本,特别是在光热发电处在全球领先水平。

美国硅谷是世界著名的电子信息技术产业集聚区,也是美国激光与光电产业最发达地区。美国激光与光电产业集群具有如下特点:产业集中在军事领域的光电子研发;光电子产业高集中度发展,大型厂商透过垂直整合,掌握关键技术,形成庞大的生产体系;广泛进行国际合作。通过加强国际合作,将已有的光电子技术优势转化为产业优势,在国际间广泛开展企业间的合作,共同开发新的光电子技术及产品,制定新的行业标准。

美国拥有著名的激光技术公司(LTI),其一直致力脉冲激光科技革新,提供高质量的激光测量仪器。自年成立以来,便成为激光测量技术领域中的领导者,美国激光技术公司不仅是全球首家生产商业性的激光测速仪器的企业,更成为美国航空航天局特制空间站靠泊系统的供货商。

值得一提的是,美国劳伦斯辐射实验室国家燃烧研究所曾经研制的世界上最强激光,其能量之巨、意义之大、耗费之高皆令人叹为观止。已在这个超级研究项目上投入5年精力的主管埃德·摩西把这一工作称为“巨大挑战”。其难度相当于把垒球从公里之外投入好球区域或者把一枚硬币从64公里外扔进停车咪表。他说:“这是我们必须要达到的精确度。”

美国重要激光巨头:

美国IPG:PGPHOTONICSCORPORATION始创于年,是全球最大的光纤激光制造商。IPG总部设在美国东部麻省,拥有国际领先水平的光纤激光研发中心。它生产的高效光纤激光器、光纤放大器以及拉曼激光的技术均走在世界的前端,并被各国广泛应用于材料加工、测量、科研、通讯、医疗等领域。IPG光子是世界上一流的高性能激光器和放大器产品开发、生产机构,产品涉及众多领域和市场。IPG光子的高、中、低功率激光器和放大器产品被广泛地用于材料加工、通信、医学和高端领域。

美国相干公司(Coherent):世界领先的激光器及相关光电子产品生产商,以及全球领先的高性能工业激光光源。Coherent

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