Gennemgang og udsigt til lasermarkeringsmaskine

Ordet "laser" er en bogstavelig oversættelse af "LASER". LASER var oprindeligt en speciel betegnelse sammensat af initialerne af lysforstærkning ved stimuleret emission af stråling. I mit land er det blevet oversat til "Laser", "Light Laser", "Light Stimulated Emission Amplifier" osv. I 1964 foreslog akademiker Qian Xuesen navnet "laser", hvilket ikke kun afspejler den videnskabelige konnotation af "stimuleret" emission", men viser også, at det er en meget stærk ny lyskilde. Det er passende, levende og kortfattet og er enstemmigt blevet anerkendt og brugt af det videnskabelige samfund i mit land.
Siden den vellykkede udvikling af Kinas første laser i 1961, med en fælles indsats fra laservidenskabelig forskning, undervisning, produktion og brugsenheder over hele landet, har mit land dannet et laserteknologifelt med komplette kategorier, avanceret niveau og bred anvendelse, og har gjort glædelige fremskridt i industrialiseringen, ydet positive bidrag til mit lands videnskab og teknologi, nationale økonomi og nationale forsvarskonstruktion, og har også vundet en plads på den internationale arena.
I 1957 etablerede Wang Daheng og andre det første professionelle optiske forskningsinstitut i mit land i Changchun, Institute of Optics, Precision Instruments and Mechanics of the Chinese Academy of Sciences (Changchun) (forkortet som "IOM"). Under ledelse af den ældre generation af eksperter voksede en gruppe unge videnskabelige og teknologiske arbejdere hurtigt op, og Deng Ximing var en fremtrædende repræsentant blandt dem. Så tidligt som i 1958, kort efter det berømte papir om laserprincippet af de amerikanske fysikere Schawlow og Townes blev offentliggjort, gik han aktivt ind for udviklingen af ​​denne nye teknologi, og i løbet af kort tid samlede han et hold af unge og mellemstore. -aldrede forskere med innovative spiritus og fremlagde en lang række ideer og eksperimentelle ordninger for at forbedre lysstyrken, enhedsfarven og sammenhængen af ​​lyskilder. I 1960 blev verdens første laser lanceret. I sommeren 1961, under ledelse af Wang Zhijiang, blev mit lands første rubinlaser udviklet med succes. I de følgende år udviklede laserteknologien sig hurtigt og producerede en række avancerede resultater. Forskellige typer faststof-, gas-, halvleder- og kemiske lasere blev udviklet med succes. Inden for grundforskning og nøgleteknologier er en række nye koncepter, metoder og teknologier (såsom kavitets Q-mutation og spejl Q-modulation, vandrende bølgeforstærkning, brugen af ​​rheniumioner, fri elektronoscillationsstråling osv.) blevet foreslået og implementeret. , hvoraf mange er originale.
Samtidig, som en ny lyskilde med fremragende egenskaber såsom høj lysstyrke, høj retningsbestemmelse og høj kvalitet, blev lasere hurtigt påført forskellige tekniske områder, hvilket viste stærk vitalitet og konkurrenceevne. Med hensyn til kommunikation blev der i september 1964 brugt lasere til at demonstrere transmissionen af ​​tv-billeder, og i november 1964 blev der opnået 3-30 km opkald. Med hensyn til industrien, i maj 1965, blev laserstansemaskiner med succes brugt i produktionen af ​​trådtræksstansning, hvilket opnåede betydelige økonomiske fordele. Inden for medicin blev laserretinalsvejsere i juni 1965 testet på dyr og klinisk. Med hensyn til nationalt forsvar blev der i december 1965 udviklet en laser diffus refleksions afstandsmåler (med en nøjagtighed på 10 meter/10 kilometer), og i april 1966 blev der udviklet et fjernstyret pulslaser Doppler hastighedsmåler.
Man kan sige, at i den indledende fase udviklede mit lands laserteknologi sig hurtigt, og både kvantitet og kvalitet var tæt på det internationale niveau på det tidspunkt. Det er sjældent i historien om moderne videnskabelig og teknologisk udvikling i mit land, at en innovativ teknologi kan hamle op med verdens avancerede rækker så hurtigt. Disse resultater, især evnen til gnidningsløst at omdanne fysiske ideer og tekniske løsninger til egentlige laserenheder, skyldes hovedsageligt de omfattende kapaciteter og solide fundament, som Instituttet for Optik og Mekanik har akkumuleret inden for teknisk optik, præcisionsmaskineri og elektronisk teknologi gennem årene. Det er svært at danne et klima for udvikling af en ny teknologi uden tilstrækkelig teknisk support.
Laservidenskabs- og teknologiindustrien har fået stor opmærksomhed fra ledelses- og videnskabelige ledelsesafdelinger fra begyndelsen. På det tidspunkt foreslog Zhang Jinfu, vicepræsident for det kinesiske videnskabsakademi, ideen om at etablere et professionelt laserforskningsinstitut, som snart blev godkendt af statens videnskabs- og teknologikommission og statens planlægningskommission. Vicepremierminister Nie Rongzhen, som var ansvarlig for videnskab og teknologi, instruerede også specielt: Instituttet skulle bygges i Shanghai, som har et godt industrielt fundament og er befordrende for udviklingen af ​​denne nye teknologi.
"6403" højenergi-neodymium glaslasersystemet lanceret i 1964, højeffektlasersystemet og kernefusionsforskning startede i 1965, og udviklingen af ​​15 typer militære lasermaskiner formuleret i 1966 på grund af deres omfattende og høje sværhedsgrad. , har effektivt drevet og fremmet udviklingen af ​​laserteknologi i Kina. Selvom mit lands laservidenskabelige og teknologiske industri også led under katastrofen under "Kulturrevolutionen", overlevede den stadig med vanskeligheder og gjorde værdifulde fremskridt med støtte fra nøgleprojekter.
1 "6403" højenergi-neodymium glaslasersystemet blev lanceret i 1964. Endelig blev det bestemt ud fra et teknisk synspunkt, at termisk effekt var en grundlæggende teknisk hindring og blev afbrudt i 1976. Dette projekts historiske bidrag til udvikling af højenergilaserteknologi kan ikke ignoreres. Det har bragt mit lands laserteknologi til et højere niveau. Dets resultater manifesteres hovedsageligt i:
(1) Et oscillations-forstærkningslasersystem med stor kaliber (120 mm) med teknisk skala blev bygget med en maksimal udgangsenergi på 320,000 joule; efter at have forbedret strålekvaliteten nåede den 30,000 joule.
(2) Systemteknologiintegrationen blev opnået, og målskydningseksperimentet blev gennemført med succes. 80 mm aluminiumsmålet blev penetreret 10 meter indendørs, og 0,2 mm aluminiumsmålet blev gennemboret 2 kilometer udendørs. De biologiske virkninger og materielle skadesmekanismer af stærk laserstråling blev systematisk undersøgt.
(3) For første gang blev fænomenet og mekanismen med lysskade på selve lasersystemet af stærkt lys afsløret.
(4) For første gang blev vigtigheden og den fysiske konnotation af laserstrålekvaliteten dybt forstået, og en række innovative teknologier til at forbedre strålekvaliteten blev taget i brug, såsom 10,000 joule-niveau ustabile hulrumslasere, arklasere, oscillationsscanningsforstærkningslasersystemer og kilestrålekvalitetsdiagnose.
(5) Laserkomponenter og understøttende teknologier har givet banebrydende forbedringer, såsom lavabsorptions- og neodymglassmelteproces med høj ensartethed, højenergi pulseret xenon, højstyrke dielektrisk film, stor kaliber (1,2 meter) optisk præcisionsbehandling, osv.
(6) En gruppe af tekniske rygradshold blev dyrket og trænet.
1. Højeffekt lasersystem og kernefusionsforskning I 1964 foreslog Wang Ganchang selvstændigt laserfusionsinitiativet, og projektet blev etableret i 1965 for at starte forskning. Efter flere års hårdt arbejde blev der bygget en nanosekund laserenhed med en udgangseffekt på 10 (superscript 10) watt, og i maj 1973 blev neutroner først produceret på lavtemperatur fast deuterium mål, stuetemperatur lithium deuterid mål, og deutereret polyethylen. I 1974 blev mit lands første multi-pas chipforstærker udviklet med succes, hvilket øgede laserudgangseffekten med 10 gange og neutronudbyttet med en størrelsesorden. Efter at det internationale centripetale kompressionsprincip var blevet dechifreret, fulgte vi aktivt op og udviklede et seksstrålet lasersystem i 1976, der bestrålede det gasfyldte glasskalmål og opnåede næsten 100 gange volumenkomprimering. Denne serie af store gennembrud har gjort det muligt for mit lands laserfusionsforskning at komme ind i verdens avancerede rækker og har lagt grundlaget for en langsigtet bæredygtig udvikling i fremtiden.
2. Militær laserforskning I december 1966 var National Defense Science and Technology Commission vært for et militær laserplanlægningsmøde, hvor mere end 130 personer fra 48 enheder deltog. Mødet formulerede en udviklingsplan omfattende 15 typer laserkomplette maskiner og 9 understøttende teknologier. Selvom det ikke blev officielt godkendt, spillede det stadig en gavnlig rolle i at fremme udviklingen. I de følgende år opstod en række vigtige resultater på dette område. For eksempel:
(1) Den indledende test af laserafstandsteknologien til målområdet var vellykket: Ved at bruge en YAG Q-switched laser med en gentagelsesfrekvens på 20 Hz var afstandsnøjagtigheden bedre end 2 meter, og den maksimale måleafstand var 660 kilometer. Når den tilføjes til teodolitten, kan den opnå enkeltstationskredsløbsbestemmelse af det flyvende mål. Denne præstation har skabt de nødvendige betingelser for den efterfølgende afslutning af banemålingen af ​​det interkontinentale missils genindtrængningsfase.
(2) Rubylasersatellitafstand: målte de amerikanske eksperimentelle satellitter Expl-27, 29 og 36 med succes med den maksimale målbare afstand på 2.300 kilometer og en nøjagtighed på omkring 2 meter. Dette er den første generation af kunstige satellitafstandsresultater, der lægger grundlaget for den fremtidige kunstige satellit, der rækker over længere afstande og højere præcision.
(3) Rubylaserradar og luftbåren infrarød laserradar realiserede for første gang jord-til-luft og luft-til-luft sporing og rækkevidde af fly.
(4) Luftundersøgelsesinstrument med laser: Ved at kombinere laserafstandsmåler og luftkamera udfører flyet jordundersøgelse for at fuldføre kortlægningen af ​​fjerntliggende områder og andet komplekst terræn. Gentagelseshastigheden er 6 gange/minut, og afstandsnøjagtigheden er 1 meter.
(5) Jordkanonlaserafstandsmåler: Den kan uafhængigt fuldføre funktionerne observation, afstandsmåler, vinkelmåling (retning og højdevinkel) og magnetisk nåleorientering. Rækkevidden er 300-10,000 meter, og nøjagtigheden er 5 meter. Med hensyn til laserapplikationer har Nd:YAG laserkommunikation (3-12 kanaler), He-Ne laserkommunikation og enkelt/tre-kanals halvlederlaserkommunikation været succesfulde i kommunikationstests; medicinsk udstyr såsom Nd:YAG laser skalpeller, CO2 laser skalpeller og laser iridektomi instrumenter er også blevet taget i brug; laser holografi, anvendelsen af ​​laser holografi i plan fotoelasticitet, pulserende laser dynamisk holografi, og Raman spektrofotometre er blevet nye midler til metrologi videnskab; CNC laserskæremaskiner, laserkollimatorer, laserseparation af isotopisk svovl, flydende lasere til landbrugsforskning og storskærmsnavigationsskærme er også blevet anvendt i industri og landbrug. På den nationale videnskabskonference, der blev afholdt i marts 1978, blev næsten 80 laserprojekter belønnet, herunder omkring 70 civile produkter og omkring 10 militære produkter, som udtømmende afspejlede resultaterne af mit lands laserteknologiudvikling i denne periode.
Siden reformen og åbningen har laserteknologien fået hidtil usete udviklingsmuligheder. I løbet af de sidste 20 år har laservidenskab og -teknologi gjort hidtil usete fremskridt, vendt mod applikationer, verden og fremtiden, og en række internationalt avancerede resultater er opstået, der lægger et solidt grundlag for det 21. århundrede.
I maj 1980 blev den første internationale laserkonference afholdt i Shanghai og Beijing med 218 delegerede (66 fra udlandet) og 113 rapporter (65 fra udlandet). Kammerat Deng Xiaoping tog hjerteligt imod de kinesiske og udenlandske delegerede. Den anden og tredje internationale konference blev afholdt i Guangzhou i 1983 og Xiamen i 1986, hvilket ændrede situationen for lukket drift af laserteknologi i mit land i mange år og begyndte at blive global. Et stort antal unge videnskabelige og teknologiske talenter tog til udlandet for at studere videre, og et betydeligt antal fremragende talenter vendte tilbage til Kina efter at have afsluttet deres studier.
For at danne et forsknings- og udviklingscenter på højt niveau blev det videnskabelige forskningshold og layout aktivt justeret, og en række nationale nøglelaboratorier, åbne laboratorier, nationale ingeniørforskningscentre og industri-universitet-forskningsorganisationer blev etableret. Med internationalt avancerede instrumenter og faciliteter, videnskabelige og teknologiske talenter på højt niveau og en relativt fleksibel driftsmekanisme spiller den en vigtig rolle i transformationen af ​​laser videnskabelige og teknologiske resultater, skabelsen af ​​uafhængige intellektuelle ejendomsrettigheder og fremme af laser teknologisk industrialisering.
Laserteknologi har fået betydning i mange nationale strategiske videnskabs- og teknologiplaner. Blandt de syv hovedområder i "863"-planen er der laserteknologi og optoelektronisk teknologi (herunder laserteknologi, der bruges på informationsområdet), og i 1995 blev temaet "inertial indeslutningsfusion" tilføjet. Forsvarets forforskning om optoelektronisk teknologi blev officielt etableret som et tværgående projekt, som også omfatter laserteknologi. Laserteknologi blev opført som et stort projekt i den nationale "Sixth Five-Year Plan" og "Seventh Five-Year Plan". Derudover finansierede National Natural Science Foundation i gennemsnit 27,6 laserprojekter om året fra 1986 til 1998. Disse statsstøttede planer er blevet fuldt demonstreret og strengt udvalgt og har stor betydning for den nationale økonomi og det nationale forsvarsbyggeri. Mange laserforskningsenheder har også taget initiativ til at reformere deres organisatoriske systemer og driftsmekanismer, vendt mod markedet, tilskyndet til innovation og kraftigt fremmet transformationen af ​​videnskabelige og teknologiske resultater til råvarer og har opnået tilfredsstillende resultater.
Laserforskningen har udviklet sig i dybden og forfølger konstant mål som høj strålekvalitet, høj stabilitet, lang levetid, korte pulser og indstillelige bølgelængder. I denne periode har laserteknologi opnået frugtbare resultater, hvoraf mange har betydelig anvendelsesværdi og nået internationale avancerede niveauer. Repræsentative resultater omfatter:
1. Afstandsmåling og satellitmåling En ny generation af praktiske afstandsmålesystemer er taget i brug og udførte de planlagte vigtige opgaver. Blandt dem blev 718- og G-179-laserfilmteodolitterne taget i brug og fuldførte opgaverne med succes; den første fuld lasersporing og afstandsradarfelttest var vellykket; den første praktiske infrarøde laserradar (G-168) blev designet og færdiggjort og overdraget til brugerne; taktiske militære laserafstandsmålere (artilleri, kampvogn, håndholdt) blev masseproduceret. Tredje generations kunstige satellitlaserafstandssystem blev bygget og taget i brug og nåede internationale standarder. Afstandsnøjagtigheden af ​​første generations ruby ​​SLR-system er meter-niveau, nøjagtigheden af ​​anden generation af YAG Q-switched laser er decimeter-niveau, og nøjagtigheden af ​​tredje generations mode-locked laser plus mikrocomputersystem er centimeter-niveau i en afstand på mere end 8,000 kilometer. Der er etableret stationer i Shanghai, Wuhan, Changchun, Beijing osv., der danner China Network, og data deltager i internationale udvekslinger.
2. Inertial confinement fusion (ICF) laserdriver - "Shenguang"-serien Under vejledning af Wang Ganchang og Wang Daheng begyndte det kinesiske videnskabsakademi og det kinesiske akademi for ingeniørfysik i 1980'erne i fællesskab at tackle nøgleproblemer og påtog sig udviklingen af "Shenguang"-serien lasersystem og ICF fysiske eksperimenter, og opnåede internationalt anerkendte resultater. Blandt dem blev "Shenguang-I" laserenheden bygget i 1986, med en udgangseffekt på 2 billioner watt, og nåede det avancerede niveau af lignende internationale enheder. "Shenguang-I" har været i drift i 8 på hinanden følgende år og har opnået en række fysiske resultater i verdensklasse inden for banebrydende felter såsom ICF og røntgenlasere. I 1990'erne blev "Shenguang-II" enheden med en skala fire gange større og mere avanceret ydeevne udviklet og er ved at blive taget i brug. I 1995 blev ICF godkendt som et projekt i "863-planen" og begyndte at udvikle en gigantisk laserdriver på tværs af århundreder - "Shenguang-III"-enheden. Det overordnede design og nøgleteknologisk forskning har opnået en række resultater på højt niveau.
3. Nye lasere To højeffekts kontinuerlige bølge-kemiske lasere, 3.8-mikron fluordeuteriumlaseren (DF) og 1.315-mikron kortbølget oxygen-jod-laser (COIL), har gjort gennembrud, med kraft og strålekvalitet næst efter USA og nåede det nuværende internationale niveau. Med hensyn til røntgenlasere har kollisionsmekanismen for neon-germanium bløde røntgenlasere (bølgelængder på 23,2 nanometer og 23,6 nanometer) opnået forstærkningsmætning og har en strålekvalitet tæt på diffraktionsgrænsen, rangerende på internationalt førende niveau ; forskningen i sammensatte-pumpede røntgenlasere har opnået en række nye spektrallinjer, der er rapporteret for første gang i verden, og er nået frem til en kort bølgelængde på 4,68 nanometer. Gratis elektronlasere og multi-bølgelængde afstembare lasere har også gjort glædelige fremskridt.
4. Kinesisk splinternye krystaller går globalt. Mit lands BBO, LBO krystaller, samt KTP, titanium safir og andre krystaller opfundet af Kina nyder et højt ry på det internationale marked for deres fremragende kvalitet og optager en vis andel.
Selvom prototypen af ​​laserindustrien var dukket op inden for behandling (laserboring), medicinsk udstyr og afstandsmåling allerede i 1960'erne, var det kun sporadisk og spredt mindre forsknings- og udviklingsproduktion på det tidspunkt, og det lykkedes ikke at danne et klima . Det var først med reformen og åbningen, at Kina for alvor fik opmærksomhed og startede væsentligt, især under den politiske orientering om at "udvikle højteknologi og realisere industrialiseringen", at mit land havde en rigtig laserindustri.
I januar 1987 blev China Optical Industry Association etableret, og senere omdøbt til China Optical and Optoelectronic Industry Association, som har en lasergren. Ifølge brancheforeningens undersøgelsesstatistikker om status for mit lands laserindustri i 1998 er der omkring 100 store laserproduktproduktionsenheder i landet med 6.400 ansatte og et gennemsnitligt salg på 125,000 yuan pr. person, hovedsagelig distribueret i Hubei, Beijing og Shanghai. mit lands laserindustri steg fra 100 millioner yuan i 1988 til 800 millioner yuan i 1998, med en gennemsnitlig årlig vækst på 22,3%, og det samlede salg på 10 år nåede 4,12 milliarder yuan. I 1998 nåede eksporten op på 11,2 millioner amerikanske dollars, svarende til 11,6% af den samlede værdi.