我国激光产业发展研究报告.doc

1、我国激光产业发展研究报告 目录：一，激光技术对国民经济及社会发展的重要作用 二，国外激光产业发展现状 三，我国激光产业发展现状及存在的主要问题 四，我国激光产业发展战略的建议 五，加速我国激光行业发展的对策和措施 六，激光在产业中的具体运用 （一） ，激光技术对国民经济及社会发展的重要作用激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算 机齐名的四项重大发明之一。三十多年来，以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速的发展，现已 广泛用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等各个领域，取得了很 好的经济效益和社会效益，对国民经济及社会发展将发挥愈来愈重要的作用。 （1） 、促进

2、科学技术的发展和进步由于激光具有很好的单色性、相干性、方向性和高能量密度，它 已渗透到各个 学科领域，形成了新的学科。例如：激光信息存储与处理、激光材料加工、激光医学及 生物学、激光通讯 、激光印刷、激光光谱学、激光化学、 激光分离同位素、激光核聚变、激光检测与 计量及军 用激光技术等， 极大地促进了这些领域的技术进步和前所未有的发展。 （2） 、在国民经济中形成新的产业部门激光产业正在我国逐步形成，其中包括激光音像、激光通讯 、激光加工、激光 医疗、激光检测、激光印刷设备及激光全息等，这些产业正在作为新的经济增长点 而引起高度重视。例如，全国已有 380 多家生产激光音像设备（CD、LD、V

3、CD、DVD） ，1996年在我国已 形成年产值 85 亿元以上的新产业，发展异常迅速。又如， 利用激光全息技术开拓了激光模压全息防伪 商标和装饰业，也已成为较大规模的新兴产业。 （3） 、对传统工业的改造将发挥愈来愈显著的作用激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、 电子、电器、航空、冶金、机 械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、 无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。例如，天津冷轧薄板厂由于采用了激光毛化技术，将 面临倒闭的企业起死回生，仅 1995 年生产了 6 亿元的激光毛化钢板， 出口创汇数千万美元；又如西安内 燃机配件厂建立了 12 条缸套激光热处

4、理生产线，将缸套寿命提高了 1-3 倍，现已在全国范围推广，该厂 近期还要扩建 12 条生产线， 以满足用户对激光缸套的需求。因此，发展激光产业将带动传统工业的改 造和发展。 （4） 、促进医疗技术进步，提高人民健康水平激光医疗技术目前已在眼科、外科、内科、妇科、耳 鼻喉科、心血管科、皮肤 科等领域得到 广泛应用，激光医疗设备已进入县以上的医院， 这对医疗技 术的进步和提高人民健康水平起着重要作用。 （5） 、加速我国国防技术的现代化激光技术在军事上已应用于测距、指向、制导、通讯及战术武器 等，为改善武 器装备的性能，提高命中率和可靠性，起到重要的作用，并有一定数量的产品出口。 二 、国外激光

5、产业发展现状根据激光集锦1997 年报导， 世界激光器市场可划分为三大区域：美国（ 包括北美）占 55% ，欧州占 22%，日本及太平洋地区占 23%。在世界激光市场上日本在光电子技术方面占 首位，美国占第二位；在激光医疗及激光检测方面则美国占首位；而在激光材料加工设备方面则是 德 国占首位。因此我们选择美国、日本、 德国三个国家，介绍他们激光产业发展情况，也就反映了世界 激光市场的基本情况及其发展趋势。 （6） 、美国激光产业发展现状目前尚未见到全面介绍美国激光光电子产业发展现状的完整资料 ，现只能 根据有关文献进行综述。 1994 年美国光电子工业发展协会对 1993 年世界激光光电子市场

6、 作了统计， 总产值为 750 亿美元；美国光电子工业发展协会把显示器、光存贮、 光通讯及硬拷贝称之 为光电子技术产业，并认为这个领域目前是日本占主导地位，在 750 亿美元产值中日本约占 50%，因此 美国认为当前应注意发展光电子技术产业， 使美国在这个领域能占有较大的份额。下面主要介绍美国 激光加工和激光医疗方面的发展情况。 根据 1996 年工业激光评论杂志报导，1995 年世界范围销售 的激光加工系统 约 11 亿美元，美国占 31%、欧州 32%、日本 35%，其它 2%。 在美国比较著名的激光公司 有：相干公司、光谱物理公司、联合工艺（URTC）公司、PRC 公司、 燃烧工程公司、

7、Lumonics 公司、 Synrad 公司、Marted Lasers 公司、Electrox 公司和 ESI 公司等。相干公司和光谱物理公司是美国最大 的两个激光公司，占美国激光公司总销售额的 40%以上。光谱物理公司的工业激光部的高功率 CO2 激光器 股权已为德国 Rofin-Sinar 公司所收购，主要生产 1.5kW-6kW 横流 CO2 激光器。 联合工艺公司主要生产 波长 1.3 微米的碘激光器及二极管激励固体激光器的紫外准分子激光器等。现在的二氧化碳激光器功率 多为 500W，而理论上可高达 100KW，近期报导已达到 20kW。且其功率越大，效果越好， 故日本对二氧化 碳激

8、光器开发研究寄以期望。 大功率一氧化碳激光器是日本业创造研究所和三菱重工联合研制的，89 年实现 了连续 4 小时 5kW，短时间达 7kW 振荡输出。93 年其输出功率已达到 20kW， 它在切割焊接中正崭 露头角，而高功率的碘激光器是日本产业创造研究和川崎重工一起开发的，1989 年实现了近红外的振荡 ，它是化学激光器，特征是振荡效率极高，5kW 一氧化碳激光器、1kW 碘激光器装置已设立在 92 年 4 月成 立的激光应用工学中心。 此外，弧光灯激励固体激光器放大都为 3kW， 因其存在功率增大导致光束发 散角偏大和脉冲振荡重复频率低的缺点，日本正努力研制半导体激励 YAG 激光器来取而

9、代之。据报导， 1kW 二极管激励 YAG 激光器由正由日本国立研究所制成。 目前，大功率准分子激光器及其在材料加工中 的应用开发研究引起人们极大兴 趣。它可利用短波长高能光子不产生热量的分子水平的加工。86 年日 本通产省工业技术院提出的 18 家民间企业与 3 所国立研究所参与的“超尖端加工系” ， 就是以准分子激 光和离子束为中心工具，其目标是在 93 年研制成 2kW 级 Xecl 准分子激光设备。 激光加工切割的灵活性 、高精度、高速度、高可靠性、高效率等优点，不仅在 薄板工业上，而且在金属、塑料、陶瓷业中也 广为使用。最近 5 轴或 6 轴三维激光切割机器人已在日本汽车、机械、电机

10、重工中大显身手。同时，激 光焊接在日本电子、电机、汽车、车辆零部件，OA 机器等小件、大批 量生产中得到 迅速发展。是本产 业界生产线上成功应用激光焊为世界所瞩目。 如在汽车车体制造中日本大胆采用有坯料时就将薄钢板 实施激光焊接后冲压成型的新方法（Tailorcd Blank Welding） ，现已为世界上绝大多数汽车厂家所仿 效。日本以 5kW 及 10kW 二氧化碳激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接。在薄、中厚板钢管 、高级薄型不锈钢制造时，与高频电焊、TIG 焊相结合，保证了质量的稳定性。日本致力于激光超薄板 焊接的研究，如板厚 100 微米以下的箔片， 无法熔焊， 但通过有

11、特殊输出功率波形的 YAG激光焊得以成 功，显示了激光焊的广阔前途。日本引以为自豪的是在世界上首次成功开发了将 YAG 激光焊用于核反应 堆中蒸气发生器细管的维修，这是日本最大限度地利用 YAG 激光（波长 1.06 微米）能以石英光纤遥控传 输和集周边设备之大成的尖端技术。随着今后 3kW 以上的高功率、高亮度且控制维修性皆佳的 YAG 激光器 和新一代二极管激光激励大功率固体激光器的诞生，软硬件的配套，预计这一领域的激光技术还会有新 的突破。 据 1992 年东京大学研究与发展研究所 TFujioka 报道，日本 CO2 激光加工机年 销售额为 558 亿日元，YAG 激光加工机年销售额为

12、 177 亿日元，总计为 735 亿元日。CO2 激光加工机主要应用于切割和打 孔（占总台数的 94.8%） ，焊接（2.8%） ； 而 YAG 激光加工机主要应用于标记（34.5%） ，焊接（27.7% ） ，微调（10%）和切割、打孔（8.9%） 。日本生产 CO2 激光器的厂商有 60 家，生产 CO2 激光加工机的主 要制造厂商为三菱电气、松下电气、Amada 和 Mazak 等公司，占日本激光加工市场 70%左右。另外德国 Rofin-Sinar 激光公司和日本 Marubeni 及 Nippei Toyama 公司合资经营；德国的 Trumpf 激光技术公司和日 本石川岛播磨重工合

13、资经营，这表明德国的 CO2 激光加工机已进入了日本激光加工市场。日本生产 YAG 激 光器的有日本电气、富士电视、东芝等 30 家生产厂家。约 70-80%的 CO2 激光器用于切割，约有 70%的 YAG 激光器用于电子工业。另外，据统计，到 1995 年为止日本已建立了 1500 家激光加工站。近来年，以每年 新建 200-300 家的速度在递增。日本激光医疗始于 Ar 激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、内科 Nd：YAG 激光内窥镜等迎来了光能热利用激光医疗第一代。随着激光技术的进步，激光化学效益治疗法诞生，开 辟了激光医疗的康庄大道，现今，日本所有医疗领域中都应用了激光。日本利用 N

14、d：YAG 倍频激光（532 nm）的医用激光器，其基波功率为 60W， 调谐 波功率约 20W，通过 KTP 变换波长，已在医疗上广泛使用 。 Er：YAG 激光的 2.94 微米光较之二氧化碳激光的 10.6 微米更易被水、Ca、P 等所吸收，多用于切开、 切除多水份的身体软组织及骨切开术，性能大大优于二氧化碳激光刀。由于可以光纤传导，今后，若 3 微米带的稳定光功率纤维开发成功， 将用于体腔内患部的非切开、切除手术。此外，稀土类元素 Ho： YAG 激光器也已开始使用。日本利用激光治疗癌症十分积极，主要是 Ar 激光激励、闪光灯激励、准分子 激励的染料激光器。随着光纤技术的发展，它们是非

15、切开治疗体腔内癌的划时代的新手段，还能治疗血 管狭窄、闭塞、给心脏外科带来革命。光纤腹腔镜已顺利走上应用轨道，不动手术的腹腔内疾患激光治 疗法，对高龄人口结构的日本具有重要的、现实的意义。准分子的紫外光束有良好的光化学效应，适宜 于非热性切开、切除、并能抑止红外光束所常见的切开部的热变性和炭化，一部分 ArF 激光器（角腊在 波长 1.3 微米的碘激光器及二极管激励固体激光器的紫外准分子激光器等。现在的二氧化碳激光器功率 多为 500W，而理论上可高达 100KW，近期报导已达到 20kW。且其功率越大，效果越好， 故日本对二氧化 碳激光器开发研究寄以期望。 大功率一氧化碳激光器是日本业创造研

16、究所和三菱重工联合研制的，89 年实现 了连续 4 小时 5kW，短时间达 7kW 振荡输出。93 年其输出功率已达到 20kW， 它在切割焊接中正崭 露头角，而高功率的碘激光器是日本产业创造研究和川崎重工一起开发的，1989 年实现了近红外的振荡 ，它是化学激光器，特征是振荡效率极高，5kW 一氧化碳激光器、1kW 碘激光器装置已设立在 92 年 4 月成 立的激光应用工学中心。 此外，弧光灯激励固体激光器放大都为 3kW， 因其存在功率增大导致光束发 散角偏大和脉冲振荡重复频率低的缺点，日本正努力研制半导体激励 YAG 激光器来取而代之。据报导， 1kW 二极管激励 YAG 激光器由正由日

17、本国立研究所制成。 目前，大功率准分子激光器及其在材料加工中 的应用开发研究引起人们极大兴 趣。它可利用短波长高能光子不产生热量的分子水平的加工。86 年日 本通产省工业技术院提出的 18 家民间企业与 3 所国立研究所参与的“超尖端加工系” ， 就是以准分子激 光和离子束为中心工具，其目标是在 93 年研制成 2kW 级 Xecl 准分子激光设备。 激光加工切割的灵活性 、高精度、高速度、高可靠性、高效率等优点，不仅在 薄板工业上，而且在金属、塑料、陶瓷业中也 广为使用。最近 5 轴或 6 轴三维激光切割机器人已在日本汽车、机械、电机重工中大显身手。同时，激 光焊接在日本电子、电机、汽车、车

18、辆零部件，OA 机器等小件、大批 量生产中得到 迅速发展。是本产 业界生产线上成功应用激光焊为世界所瞩目。 如在汽车车体制造中日本大胆采用有坯料时就将薄钢板 实施激光焊接后冲压成型的新方法（Tailorcd Blank Welding） ，现已为世界上绝大多数汽车厂家所仿 效。日本以 5kW 及 10kW 二氧化碳激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接。在薄、中厚板钢管 、高级薄型不锈钢制造时，与高频电焊、TIG 焊相结合，保证了质量的稳定性。日本致力于激光超薄板 焊接的研究，如板厚 100 微米以下的箔片， 无法熔焊， 但通过有特殊输出功率波形的 YAG激光焊得以成 功，显示了激光焊的

19、广阔前途。日本引以为自豪的是在世界上首次成功开发了将 YAG 激光焊用于核反应 堆中蒸气发生器细管的维修，这是日本最大限度地利用 YAG 激光（波长 1.06 微米）能以石英光纤遥控传 输和集周边设备之大成的尖端技术。随着今后 3kW 以上的高功率、高亮度且控制维修性皆佳的 YAG 激光器 和新一代二极管激光激励大功率固体激光器的诞生，软硬件的配套，预计这一领域的激光技术还会有新 的突破。 据 1992 年东京大学研究与发展研究所 TFujioka 报道，日本 CO2 激光加工机年 销售额为 558 亿日元，YAG 激光加工机年销售额为 177 亿日元，总计为 735 亿元日。CO2 激光加工

20、机主要应用于切割和打 孔（占总台数的 94.8%） ，焊接（2.8%） ； 而 YAG 激光加工机主要应用于标记（34.5%） ，焊接（27.7% ） ，微调（10%）和切割、打孔（8.9%） 。日本生产 CO2 激光器的厂商有 60 家，生产 CO2 激光加工机的主 要制造厂商为三菱电气、松下电气、Amada 和 Mazak 等公司，占日本激光加工市场 70%左右。另外德国 Rofin-Sinar 激光公司和日本 Marubeni 及 Nippei Toyama 公司合资经营；德国的 Trumpf 激光技术公司和日 本石川岛播磨重工合资经营，这表明德国的 CO2 激光加工机已进入了日本激光加

21、工市场。日本生产 YAG 激 光器的有日本电气、富士电视、东芝等 30 家生产厂家。约 70-80%的 CO2 激光器用于切割，约有 70%的 YAG 激光器用于电子工业。另外，据统计，到 1995 年为止日本已建立了 1500 家激光加工站。近来年，以每年 新建 200-300 家的速度在递增。日本激光医疗始于 Ar 激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、内科 Nd：YAG 激光内窥镜等迎来了光能热利用激光医疗第一代。随着激光技术的进步，激光化学效益治疗法诞生，开 辟了激光医疗的康庄大道，现今，日本所有医疗领域中都应用了激光。日本利用 Nd：YAG 倍频激光（532 nm）的医用激光器，其基波功

22、率为 60W， 调谐 波功率约 20W，通过 KTP 变换波长，已在医疗上广泛使用 。 Er：YAG 激光的 2.94 微米光较之二氧化碳激光的 10.6 微米更易被水、Ca、P 等所吸收，多用于切开、 切除多水份的身体软组织及骨切开术，性能大大优于二氧化碳激光刀。由于可以光纤传导，今后，若 3 微米带的稳定光功率纤维开发成功， 将用于体腔内患部的非切开、切除手术。此外，稀土类元素 Ho： YAG 激光器也已开始使用。日本利用激光治疗癌症十分积极，主要是 Ar 激光激励、闪光灯激励、准分子 激励的染料激光器。随着光纤技术的发展，它们是非切开治疗体腔内癌的划时代的新手段，还能治疗血 管狭窄、闭塞

23、、给心脏外科带来革命。光纤腹腔镜已顺利走上应用轨道，不动手术的腹腔内疾患激光治 疗法，对高龄人口结构的日本具有重要的、现实的意义。准分子的紫外光束有良好的光化学效应，适宜 于非热性切开、切除、并能抑止红外光束所常见的切开部的热变性和炭化，一部分 ArF 激光器（角腊在 193nm 附近有吸收带）适用于角膜切开，进行眼科近视治疗的角膜手术，但能否保持治疗效果仍有疑问 。ArF 激光有优秀的骨切开功能，在整形外科中大有用武之地。日本防卫医科大学最近在临床试用准分 子激光清除严重烧伤（死）皮肤组织，时间短、痛苦少，并能有选择地控制照射，无紫外线过量而致癌 之忧的新技术。 波长 780-830nm，功

24、率 10-1200mW 的 GaAlAs 激光器用眼科白内障、眼睑异常治疗、外科 皮肤肌肉切开、神经科神经纤维伸长抑制、循环系的血流、皮肤温度控制、减轻疼痛等。不久的将来， 半导体激光激励小型激光器一旦实现，激光医疗应用将会出现飞跃。自由电子激光器将是今后医疗领域 的台柱，是未来医用激光设备的代表。激光医疗的主要课题是治癌，并为治疗艾滋病、疑难怪症带来福 音。日本激光医学研究虽然比较活跃，但是从日本光电子产业技术振兴协会 1994 年初发表的统计数字来 看，日本 1993 年医用激光装置的总产值约 30 亿日元，按目前美元对日元的比价不足 3000万美元，在日本 光电子设备中所占份额是最小的。

25、 （8） 、德国激光产业发展现状 在欧洲地区激光产业发展最快的是德国，特别是激光材料加工方面 处于世界领 先的地位。1986 年德国提出了 1987-1992 年激光研究与激光技术资助重点的 BMFT 资助计 划，在这五年期间实际投资为 2 亿 6 千 2 百万马克，资助重点与经费分配为：激光器与元件36%，应用技术 与系统集成 48.9%，激光测量与激光分析 12.2% ，其它 2.3%；也就是说约 72%的经费用于激光材料加工的 课题（光源、元件、系统和方法） 。承担课题的有科研集团（FHG、MPG、GFE）6 个科研所，9 个大的激 光中心，高校研究所中的 30 个科研组，共约 900

26、名科研人员参加。在这期间建立的比较著名的研究所和 中心有：夫朗和费激光技术研究所、柏林固体激光研究所、汉诺威 激光中心、斯图加特光束应用研究 中心等。根据德国机械制造协会激光材料加工工作联盟 1994 年的统计，用于材料加工的光源（CO2 ）和 YAG 激光器）总共生产了 1364 台，产值 1.65 亿马克，比 1993 年增长 13%；激光器件台数增长了 39% 。 特别是用于标记和牙科方面的小功率激光器即 YAG 激光器出现了超比例的增长率。因此德国用于加工技 术的激光器，高于以前任何时期。用于材料加工的光源，德国企业（主要是 Rofin-sinar 激光公司、 Trumpf 激光技术公

27、司、Haas 固体激光公司、Lambda Physik 公司等）几乎占了世界市场的40%，处于领 先地位。与此同进，还签订了 1544 台激光器的订货合同，价值 1.77 亿马克。1994 年激光系统的营业额也 有大幅度的增长，完成了 860 个系统的生产额，价值为 2.35 亿马克，台数增长率为 51%，销售额增长率为 17%。与此同时，还签订了 937 个系统合同，价值 2.49 亿马克（台数增长率 58%，产值增长率 18%） ，这些 合同与 1995 年预测的生产额接近。在激光光源方面 CO2 占 42%，Nd:YAG 占 35%；在激光系统方面 CO2 激光加 工系统占 56%，YA

28、G 激光加工系统占 40%，CO2 激光加工系统 Trumpf 公司是自行配套，而Rofin-Sinar 公司 则与格瑞斯海姆有限公司合作配套，已形成 Lascontur 系列激光加工机。出口部分的增长表明，在国际 上德国企业有强大的竞争能力，德国激光工业目前仍处于上升阶段。 在完成 1987-1992 年BMFT“激光研 究与激光技术”资助计划后，1993 年德国又提出了“激光 2000”新的资助计划。 战略目标是：*开创 21 世纪激光技术领域科学技术基础。*支持革新激光技术，以保持和加强激光器生产与激光工业应用在 国际上的竞争能力。*消除激光应用中的科学技术障碍。激光研究与激光技术未来重

29、点：*新一代激光器 的基础 重点课题有：高功率二极管激光器二极管泵浦固体激光器高功率气体激光器新的机理。 *精密加工重点课题有：激光方法的评价激光诱导生产方法紫外激光光子技术*开创新应用领域的 基础激光光学测量与检测方法非线性光学激光生物动力学及微处理（涉及分子、原子范围）产 品和环保技术的激光光学测量与检测*激光医疗重点课题有：医疗技术中新的激光方案光学层析摄 影法资助计划起止时间：1993-1997 年资助金额：2.75 亿马克 德国为了推广激光加工技术，除了建立 9 个国家级激光中心外，还大量建立激 光加工站；同时在大、中、小型企业积极建立激光加工生产线， 例如：大众汽车厂的齿轮激光加工生产线；奔驰汽车厂共有 18 个厂房，其中有 8 个厂房安装了激光加工 生产线；Thyssen 钢铁公司的轿车底板激光拼焊生产线；西门子公司建立了线包引线激光点焊生产线， 接触器铁芯、衔铁激光焊接生产线，集成电路激光微调生产线及半导体硅片激光毛化及退火生产线等。 在“激光 2000”中特别提出了 94-95 年，每年提供 500 万马克（25 个项目） ，向批准有激光加工技术项目 的中小厂每个项目资助 20 万马克。 （摘自科技部基础研究高技术司我国激光产业发展的对策研究附录