淺談激光的現狀和發展趨勢

付振峰+郝超杰

摘 要：激光，作為一種新型的光源，目前已經得到廣泛的應用。本文簡介激光的發展簡史、應用現狀和發展趨勢，對激光的進一步發展提供參考。

關鍵詞：激光；激光現狀；發展趨勢

1 引言

激光是20世紀以來，繼原子能、半導體、計算機之后，人類的又一重大發明。激光光源的出現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，其漢語意思是通過受激輻射光擴大。1964年10月經錢學森院士提議取名為激光，得到了我國科學界的一致認同并沿用至今。

2 激光的原理

光與物質的相互作用，實質上是組成物質的微觀粒子吸收或輻射光子，同時改變自身運動狀況的表現。

組成物質的離子或原子都有一系列特定的能級。正常情況下離子或原子只能出在特定的能級上，這是跟離子或原子內部的微觀結構是密不可分的。當離子或原子狀態發生改變，從一個能級躍遷到另一個能級，相應的就會吸收或者輻射光子。一般來說，導致離子或原子的狀態改變的原因分為三種。

2.1 受激吸收

當離子或原子的振動頻率與外界激發頻率相同時，發生共振吸收，離子或原子從較低的能級躍遷到較高能級，同時吸收一個光子。這種躍遷被稱為受激吸收。

2.2 自發輻射

對于處于激發態（E2）的離子或者原子來說，其狀態往往是不穩定的，會很快的衰變到較低的能級（E1）。即使沒有外界作用，離子或原子也有一定的躍遷概率。在躍遷過程中，離子或原子會自發地輻射出能量為（E2-E1）的光子，頻率為 。這種輻射過程被稱為自發輻射。

2.3 受激輻射（激光）

除自發輻射外，處于激發態（E2）的離子或原子還可以以另一種方式發生躍遷。當用一定的頻率 入射時，會導致離子或原子

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

3 發展現狀

3.1 國外現狀

國外以美、德、日為代表的幾個發達國家在激光加工產業領域的發展速度驚人，它們在主要的大型制造產業，如汽車、電子、機械、航空、鋼鐵等行業中基本完成了用激光加工工藝對傳統工藝的更新換代，進入"光制造"時代。激光在工業制造中所顯示出的低成本、高效率以及應用的巨大潛力，成為世界主要工業國家間互相競爭的動力，紛紛將激光技術作為本國重要的尖端技術給予積極支持，加緊制定國家級激光產業發展計劃。美國通過其"精密激光機械加工（PLM）協會"來激勵其新工藝技術的發展，力求使美國工業激光器技術在世界上處于領先的地位，并在世界市場中獲得較大的份額。德國在1994年-2002年制訂了國家激光發展計劃，促使德國激光器和激光工業應用后來居上，位于世界領先地位。激光設備在德國汽車和機械制造中的廣泛應用，使其在這些領域內的競爭能力近年來得到顯著提高。并制訂了德國"2002-2006光學促進計劃"，將激光技術作為重中之重，認為未來所有制造加工業中有12%以上的加工工藝需要用激光技術來替代。除此之外，英國"阿維爾計劃"、日本"激光研究五年計劃"，甚至俄羅斯、韓國、新加坡、印度也制訂有專門的激光技術發展計劃。

根據國際激光行業權威刊物《LASER FOCUS WORLD》每年發布的統計資料表明，全球激光器產業市場發展迅猛，激光產品銷售每年平均以高于10%的速度增長，并呈現出加速增長的趨勢。

3.2 國內現狀

我國激光技術研究與國外同時起步，是當時與國外技術差距最小的高科技領域。在國家"六五"至"十一五"科技項目的支持下，逐步形成了以華中科技大學和中科院四大光機為典型代表的研究機構，在激光器的一些核心技術研發上已形成較全面的技術成果，形成了5個國家級的激光技術研究中心。其中，激光技術國家重點實驗室、激光加工國家工程研究中心、武漢光電國家實驗室（籌）和最早開設激光學科的華中科技大學均坐落在武漢，成為我國激光技術的發源地。

我國激光加工產業一直呈指數增長，目前我國已經形成華中、珠三角、長三角、環渤海四大激光產業帶，有21個省市、地區生產和銷售激光設備，常年有定型產品生產和銷售，并形成一定規模的企業有200家左右，以激光產品為主業的上市公司有兩家。2008年全國激光產業銷售總額達到了80億元。

4 前景預測

激光器的未來發展趨勢集中在半導體激光器、光纖激光器、碟片激光器等。中國在半導體激光器方面已經走在世界的前列，未來我國應重視對光纖激光器、碟片激光器的研發。截至寫稿時我國已經形成激光加工機生產企業達200余家，從業人員近2萬，其中科技人員約占50%，具有中高級職稱的員工約占30%，已經形成一支具有相當實力的產業隊伍。激光業界共同努力，自主研發，提升技術，激光產業將在國際舞臺上再上一個臺階。

5 面臨挑戰

隨著我國制造業企業技術改造力度加大，近年來數控激光切割、焊接成套裝備市場異常活躍，年需求可達到1000臺以上。但國內市場缺乏滿足行業需求的國產中高端激光裝備產品，同時在與國外產品進行配套服務時，配套技術也達不到客戶需求。制約激光產業發展中的某些核心技術，如激光裝備所需的控制軟件、生產光纖激光器必需的特種光纖等，由于缺乏與數控相關企業、光電子相關企業之間的技術協作，導致技術一直難以取得突破，制約了激光產業核心競爭力的提升。

中國激光行業現狀研究分析及市場前景預測報告對我國激光行業現狀、發展變化、競爭格局等情況進行深入的調研分析，并對未來激光市場發展動向作了詳盡闡述，還根據激光行業的發展軌跡對激光行業未來發展前景作了審慎的判斷，為激光產業投資者尋找新的投資亮點。endprint