快过刀,准超尺,亮胜光,激光正成为21世纪最为瞩目的高新技术之一
发布人:新特光电 时间:2018-03-15 关注:

20世纪以来,继核能、计算机、半导体之后,人类又有一重大发明——激光。1960年,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光。

伴随着激光的广泛应用,激光技术也得到很快的发展和推广,无论是现代工业、农业、医学,还是国防、通信、科研领域均可见它的“身影”。激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革,但面向专业领域的中高端激光加工成套装备和配套技术暂不能完全满足行业需求,在激光核心技术层面仍存在诸多问题。借此,《千人》杂志专访国家“千人计划”专家、武汉新特光电技术有限公司董事长陈义红博士,畅谈激光的独特魅力及广泛应用,并为激光的产业化难题建言献策。

国家千人计划陈义红博士

陈义红,国家“千人计划”专家、武汉新特光电技术有限公司董事长

激光特质:三“好”一“高”

激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”和“最亮的光”,陈义红博士将它的特有个性总结为四个字:三“好”一“高”。三“好”指的是:相干性好、单色性好、方向性好,一“高”即高亮度。激光的广泛应用,均来源于这四个独特的性质。陈义红博士详细解释了这四个特性的具体含义:

激光的频率、振动方向、相位高度一致,使激光光波在空间重叠时,重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象,这种现象叫做光的干涉。而普通光源的光是向四面八方发射的,光能无法高度集中,发生干涉时,激光形成的干涉图样更稳定。故称激光的相干性好。

普通的光呈现七种颜色,其波长各不相同,频率范围很宽,而激光是一种单色光,单色性好,频率范围极窄,发散角很小,只有几毫弧度。激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用,已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。

激光在传播中始终像一条笔直的线,不易发散。它聚焦以后的光斑很小,如用激光束来切钢板、切木块,光斑越小,切得缝就越细。“举个简单的例子,手电筒打出去的光,光斑越来越大,它的发散角就很大,但是激光的发散角很小,也就是说它的方向性很好。另外还有一个例子,一束激光打在月球上面,光斑的大小大概是一公里左右,但如果是普通的手电筒或其他光束聚焦后打过去的光,可能就有两千公里的光斑了,所以说其它光与激光的方向性还是相差很远的。”陈义红博士解释说。

高亮度,实际上是讲单位面积里的功率或能量。激光的亮度极高,所以能够照亮远距离的物体,激光亮度极高的主要原因是定向发光,大量光子集中在一个极小的空间范围***出,能量密度自然极高。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一,利用激光的高能量还可使激光应用于加工工业及国防军事等。

激光的特性促使它在工业生产、通讯、医疗、军用武器等多个领域得到广泛应用,并为国家的长足发展“添砖加瓦”。

上世纪60年代,激光才被发明出来,近代光学进步很大,激光器的品种日益增多,激光的应用也迅速普及。激光的发展前景如何?陈义红博士认为:21世纪是光的世界,光的核心是激光技术,激光的应用会越来越普遍,越来越走进我们的日常生活。

激光是人造的光源,因为有了激光,整个光学科技都发生了变化,激光不仅改变着我们的生活状态,也推动我们的经济和科技水平不断提高。激光技术作为光的核心,正成为21世纪最为瞩目的高新技术之一。

国内激光产业现状:基础弱、应用强

激光属于高新技术领域,国内外都很关注,也很热门。激光从技术的角度来讲绝对是一个惠及大众的发明,它的出现,带动了其它产业的升级换代。比如说:电通讯变成光通讯,光通讯和原来的电通讯都是很大的飞跃。计算机方面也是一样,由原来的电子计算机到现在的光计算机,它的速度和容量都得到了极大提升。

中国的激光产业发展迅猛,陈义红博士认为主要表现在两个方面:

第一,增长率高。目前激光产业的增长率一直不低于15%,通常业内人士说的是15%到23%左右,实际上也体现了激光产业的发展还是有“后劲”的;

第二,现在各个地方,大家都热衷于从事这个行业。比如说武汉、广东、长三角的温州和宿迁、辽宁的鞍山等,都在建立建设高端激光产业园,在技术层面,大家都认可和接受,另外大家对激光市场广泛应用的前景,也是十分看好的。因为激光能够带来技术的进步、产业的转型升级,所以大家都很认可它所能带来的技术进步和长期发展。

我国激光产业虽起步较晚,但已取得不错的成绩,无论是数量还是质量,都日益与国际水平接近。正所谓“知己知彼”才能“百战不殆”,欲赶超国际水平,必先知其差距。

在陈义红博士看来,国外主要是激光配件、激光器等基础领域比国内做得好,在应用和系统集成方面,中国略占优势。中国可以说是一个世界大工厂,也就催生了激光应用需求的增加。最具代表性的美国IPG光纤激光公司,它的三分之一产品销售都在中国,说明中国的市场可观,中国在应用层面的优势明显,中国需要引进的是国外的技术基础,而国外需要的是中国的市场。

激光器和设备本身的产值并不高,国内的激光产值大概有五百个亿,该产值其实是非常低的,但和激光相关的产业所贡献的GDP却远远大于激光的产值,因为很多应用都用到了激光技术,比如说,汽车车身会用到激光切割、激光焊接,汽车零部件基本上都会用到激光的切割、焊接、标记等,如果把这些也算进来,产值就会很大,但实际上激光器的产值很低。做汽车车身的切割,买一台激光切割机就够了,大约一两百万,但是它产生的产值和附加值是很大的,所以激光本身的产值并不大,但是对国民经济有巨大推动和带动作用。所以有报告说美国GDP中51%与激光相关。

激光的产业化应用究竟有何难点?为什么激光本身的产值这么低?陈义红博士的看法:

第一,激光技术本身的投入相对来说会比较大。

从整个激光行业产品的价格方面来看,整个工业激光的应用市场,排在第一位的是光通讯,也就是通讯娱乐,第二是工业激光(主要是材料加工)。工业激光中,以前的第一大产业是激光打标,因为激光打标机相对比较便宜,目前激光打标是第二位,激光切割是第一位,因为激光器成本的降低,使得它的推广应用比较容易,另外一方面是激光技术本身的进步,使得激光切割机、高功率激光器已达到工业应用水准。

第二,激光设备的应用。

包括光学、机械、电子、控制和软件等方面技术,这就需要有相关方面知识的人员。激光技术和应用相对来说比较难,不是简单的东西拿着就会用,需要花费时间和精力去培养高层次人才,包括设计人才、应用人才、设备维护等。

第三,将激光设备或应用的成本降下来,这也是需要解决的难点。

如果这个问题不解决,激光就无法大面积推广和应用。很多激光应用要进行一些可行性研究,比如说以前用刀切割,现在改用激光器了,这里面就牵涉到激光与物质相互作用的机理,怎么样切得好、怎么样切得快,这就需要做研究工作,也就是说激光技术的推广应用还需要一个过程。

针对以上问题,陈义红博士认为:一方面需要政府政策方面的支持,包括资金政策方面;另一方面需要商业和市场的支持,更多的是投融资,包括贷款来促进企业的发展和激光应用。

激光未来:在工业应用和激光医疗领域发力

1979年,那时激光刚出现不久。即将步入大学时,17岁的陈义红偶然看了正热播的国产电影《珊瑚岛上的死光》,讲述的是一个科学神话“死光”的曲折故事,片中那耀眼的神秘光束引起了他的好奇心。在当时,激光是一门新兴学科,而青年人喜欢追逐时髦的新事物,因为这样一个“新鲜”学科的吸引,陈义红开始了他漫长的激光之旅。

2001年,陈义红博士回到武汉先后创立了武汉大华激光科技有限公司和武汉新特光电技术有限公司。那时,激光应用实际上很少,因为激光器、激光配件、激光基础研究等都不是很完善,还没有形成一个完整的产业链。

“我觉得激光跟其它行业不太一样,激光行业里面,新的技术、新的产品、新的应用层出不穷。不是说做出一个产品,能保持个三、五年,或者说就用这个产品一直去做市场,激光行业淘汰、升级非常快,要不断创新,才能站稳脚跟。”

陈义红博士从事激光研究三十余年,获得了五十多项国家专利,在激光科研途中持续创新。

激光产业是一个新兴产业,更是一个朝阳产业。

陈义红博士看好激光在工业应用领域的发展。激光器的性能和参数不断改进,新的激光器将如雨后春笋,它会最先用在工业领域,因为工业应用可以带动其他行业生产效率的提升,会给下游带来比较直接的利益,所以激光工业应用的前景肯定是很好的。

同时,他也比较看好激光在医疗领域的发展。激光诊断与治疗、激光美容,从大概念来讲都属于激光医疗。在国内,激光医疗设备使用进口的比较多,如果将来用国产激光设备替代进口,这个优势就会特别明显。中国人从站起来到富起来,马上要到强起来,健康越来越受人们和社会的关注,自然在激光医疗方面的需求会更大,所以说激光在医疗领域的应用市场也会进一步扩展。

激光行业压力不断,不进步就会被淘汰。技术发展的趋势和市场的需求推动着激光行业的技术进步、产品升级、应用更新。不管是实用新型专利还是发明专利,都是在研究、应用、设计各个方面的进步。创新不易,持续创新更难,陈义红博士总结了企业创新的四大“法宝”:

第一,兴趣。兴趣是创新的“驱动力”。愿意“沉迷”于某项科学研究,才能获得新突破,也许并不需要市场利益的驱动,因为创新就是你的理想。

第二,人才。人才是创新的“根基”。我国激光企业日益增多,人才的需求量很大,有了人才,就有了技术,也有了资金,这是创新的先决条件。

第三,资金。资金是创新的“源动力”。资金投入是激光产业化的必要条件和基础,为了适应我国从计划经济向市场经济转变的要求,对现有投资政策进行调整,建立一种多元投资体系,即包括政府、企业、集体、个人、金融机构等多种投资渠道。政府投资增加,带动非政府的社会投资迅速增加,来适应激光产业的发展。

第四,环境。良好的环境是创新的“垫脚石”。我们现在的环境是最好的,国家一直在倡导“双创”,也做了很多工作,提出了很多政策。从这个角度来看,现在是创新创业的最好时机。

创新,是个人进步的阶梯、企业发展的推动力,更是强国的需要。

未来陈义红博士会将重心放在两个方面,一个是高端的智能激光装备,包括精密激光加工、半导体激光微加工、三维激光加工等;另一个是激光人才培养,企业发展离不开人才,陈义红博士的武汉新特光电公司,一方面自己培养人才,另一方面,大力招聘激光领域高端人才,来与企业一起发展成长,为企业的上市和快速发展做一些准备和铺垫。

注:原文载于《千人》杂志2018年总第64期,转载请注明来源,未注明来源转载将视为侵权。

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