Revisió i perspectiva de la màquina de marcatge làser

La paraula "làser" és una traducció literal de "LASER". LASER era originalment un terme especial compost per les inicials d'amplificació de la llum per emissió estimulada de radiació. Al meu país, s'ha traduït a "Laser", "Light Laser", "Light Stimulated Emission Amplifier", etc. El 1964, l'acadèmic Qian Xuesen va proposar el nom de "làser", que no només reflecteix la connotació científica de "estimulat". emissió", però també demostra que és una nova font de llum molt forta. És adequat, viu i concís, i ha estat reconegut i utilitzat per unanimitat per la comunitat científica del meu país.
Des del desenvolupament reeixit del primer làser de la Xina el 1961, amb els esforços conjunts de les unitats d'investigació científica, ensenyament, producció i ús del làser a tot el país, el meu país ha format un camp de tecnologia làser amb categories completes, nivell avançat i àmplia aplicació, i ha va fer un progrés gratificant en la industrialització, fent contribucions positives a la ciència i la tecnologia del meu país, l'economia nacional i la construcció de defensa nacional, i també s'ha guanyat un lloc en l'àmbit internacional.
El 1957, Wang Daheng i altres van establir el primer institut professional de recerca òptica al meu país a Changchun, l'Institut d'Òptica, Instruments de Precisió i Mecànica de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (Changchun) (abreujat com a "IOM"). Sota el lideratge de l'antiga generació d'experts, un grup de joves treballadors científics i tecnològics va créixer ràpidament, i Deng Ximing va ser un destacat representant entre ells. Ja el 1958, poc després de la publicació del famós article sobre el principi del làser dels físics nord-americans Schawlow i Townes, va defensar activament el desenvolupament d'aquesta nova tecnologia i, en un curt període de temps, va reunir un equip de joves i mitjans. -Envellir investigadors amb esperits innovadors i proposar un gran nombre d'idees i esquemes experimentals per millorar la brillantor, el color unitari i la coherència de les fonts de llum. L'any 1960 es va llançar el primer làser del món. L'estiu de 1961, sota el lideratge de Wang Zhijiang, es va desenvolupar amb èxit el primer làser robí del meu país. En els anys següents, la tecnologia làser es va desenvolupar ràpidament i va produir una sèrie d'èxits avançats. Es van desenvolupar amb èxit diversos tipus de làsers sòlids, de gas, semiconductors i químics. En investigació bàsica i tecnologies clau, s'han proposat i implementat una sèrie de nous conceptes, mètodes i tecnologies (com ara la mutació de la cavitat Q i la modulació del mirall Q, l'amplificació d'ones viatgers, l'ús d'ions de reni, radiació d'oscil·lació electrònica lliure, etc.). , molts dels quals són originals.
Paral·lelament, com a nova font de llum amb excel·lents característiques com ara gran lluminositat, alta directivitat i alta qualitat, els làsers es van aplicar ràpidament a diversos camps tècnics, mostrant una forta vitalitat i competitivitat. Pel que fa a les comunicacions, el setembre de 1964 es van utilitzar làsers per demostrar la transmissió d'imatges de televisió i el novembre de 1964 es van aconseguir trucades de 3-30 km. Pel que fa a la indústria, el maig de 1965, les punxonadores làser es van utilitzar amb èxit en la producció de punxonades per trefilatge de filferro, aconseguint importants beneficis econòmics. En medicina, el juny de 1965, es van provar els soldadors de retina làser en animals i clínicament. Pel que fa a la defensa nacional, el desembre de 1965 es va desenvolupar amb èxit un telèmetre de reflexió difusa làser (amb una precisió de 10 metres/10 quilòmetres) i l'abril de 1966 es va desenvolupar un velocímetre Doppler làser de pols controlat a distància.
Es pot dir que en l'etapa inicial, la tecnologia làser del meu país es va desenvolupar ràpidament, i tant la quantitat com la qualitat eren properes al nivell internacional en aquell moment. És rar en la història del desenvolupament científic i tecnològic modern del meu país que una tecnologia innovadora pugui posar-se al dia amb les files avançades del món tan ràpidament. Aquests assoliments, especialment la capacitat de transformar sense problemes idees físiques i solucions tècniques en dispositius làser reals, es deuen principalment a les capacitats integrals i la base sòlida acumulada per l'Institut d'Òptica i Mecànica en òptica tècnica, maquinària de precisió i tecnologia electrònica al llarg dels anys. És difícil crear un clima per al desenvolupament d'una nova tecnologia sense un suport tècnic suficient.
La indústria de la ciència i la tecnologia làser ha rebut una gran atenció per part dels departaments de direcció i gestió científica des del principi. En aquell moment, Zhang Jinfu, vicepresident de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, va proposar la idea d'establir un institut professional d'investigació làser, que aviat va ser aprovat per la Comissió Estatal de Ciència i Tecnologia i la Comissió Estatal de Planificació. El viceprimer ministre Nie Rongzhen, que estava a càrrec de la ciència i la tecnologia, també va donar instruccions especials: l'institut s'hauria de construir a Xangai, que té una bona base industrial i és propici per al desenvolupament d'aquesta nova tecnologia.
El sistema làser de vidre de neodimi d'alta energia "6403" llançat el 1964, el sistema làser d'alta potència i la investigació de la fusió nuclear es van iniciar el 1965 i el desenvolupament de 15 tipus de màquines làser militars formulades el 1966, a causa de la seva amplitud i gran dificultat. , han impulsat i promogut eficaçment el desenvolupament de la tecnologia làser a la Xina. Tot i que la indústria de la ciència i la tecnologia làser del meu país també va patir la catàstrofe de la "Revolució Cultural", encara va sobreviure amb dificultats i va fer progressos valuosos amb el suport de projectes clau.
1 El sistema làser de vidre de neodimi d'alta energia "6403" es va posar en marxa l'any 1964. Finalment, es va determinar des del punt de vista tècnic que l'efecte tèrmic era un obstacle tècnic fonamental i es va suspendre l'any 1976. La contribució històrica d'aquest projecte a la No es pot ignorar el desenvolupament de la tecnologia làser d'alta energia. Ha portat la tecnologia làser del meu país a un nivell superior. Els seus èxits es manifesten principalment en:
(1) Es va construir un sistema làser d'amplificació d'oscil·lació de gran calibre (120 mm) amb escala d'enginyeria, amb una energia de sortida màxima de 320,000 joules; després de millorar la qualitat del feix, va arribar als 30,000 joules.
(2) Es va aconseguir la integració de la tecnologia del sistema i l'experiment de tir a l'objectiu es va dur a terme amb èxit. L'objectiu d'alumini de 80 mm es va penetrar a 10 metres a l'interior i l'objectiu d'alumini de 0,2 mm es va penetrar a 2 quilòmetres a l'exterior. Es van estudiar sistemàticament els efectes biològics i el mecanisme de dany material de la radiació làser forta.
(3) Per primera vegada, es va revelar el fenomen i el mecanisme del dany lumínic al propi sistema làser per llum forta.
(4) Per primera vegada, es va entendre profundament la importància i la connotació física de la qualitat del feix làser i es van adoptar una sèrie de tecnologies innovadores per millorar la qualitat del feix, com ara làsers de cavitat inestable de 10,000 joules, làsers de làmines, sistemes làser d'amplificació d'escaneig d'oscil·lació i diagnòstic de qualitat del feix de falca.
(5) Els components làser i les tecnologies de suport han fet millores innovadores, com ara el procés de fusió de vidre de neodimi de baixa absorció i alta uniformitat, xenó polsat d'alta energia, pel·lícula dielèctrica d'alta resistència, processament de precisió òptica de gran calibre (1,2 metres), etc.
(6) Es va conrear i formar un grup d'equips vertebradors tècnics.
1. Sistema làser d'alta potència i investigació de la fusió nuclear El 1964, Wang Ganchang va proposar de manera independent la iniciativa de fusió làser, i el projecte es va establir el 1965 per iniciar la investigació. Després de diversos anys de dur treball, es va construir un dispositiu làser de nanosegons amb una potència de sortida de 10 watts (superíndex 10) i el maig de 1973 es van produir per primera vegada neutrons en objectius de deuteri sòlid a baixa temperatura, objectius de deutèrur de liti a temperatura ambient i polietilè deuterat. El 1974 es va desenvolupar amb èxit el primer amplificador de xip multipass del meu país, que va augmentar la potència de sortida del làser en 10 vegades i el rendiment de neutrons en un ordre de magnitud. Després de desxifrar el principi de compressió centrípeta internacional, vam seguir activament i vam desenvolupar un sistema làser de sis raigs el 1976, irradiant l'objectiu de la closca de vidre plena de gas i aconseguint gairebé 100 vegades de compressió de volum. Aquesta sèrie de grans avenços ha permès que la investigació de la fusió làser del meu país entri en les files avançades del món i va establir les bases per al desenvolupament sostenible a llarg termini en el futur.
2. Investigació del làser militar El desembre de 1966, la Comissió de Ciència i Tecnologia de Defensa Nacional va acollir una reunió de planificació del làser militar, a la qual van assistir més de 130 persones de 48 unitats. La reunió va formular un pla de desenvolupament que inclou 15 tipus de màquines completes làser i 9 tecnologies de suport. Tot i que no va ser aprovat oficialment, va tenir un paper beneficiós en la promoció del desenvolupament. En els anys següents, van sorgir una sèrie d'èxits importants en aquest camp. Per exemple:
(1) La prova inicial de la tecnologia de distància làser de rang objectiu va tenir èxit: utilitzant un làser commutat amb Q YAG amb una freqüència de repetició de 20 Hz, la precisió d'abast va ser millor que 2 metres i la distància màxima de mesura va ser de 660 quilòmetres. Quan s'afegeix al teodolit, pot aconseguir la determinació de l'òrbita d'una estació de l'objectiu volador. Aquest assoliment ha creat les condicions necessàries per a la realització posterior de la mesura de la trajectòria de la fase de reentrada del míssil intercontinental.
(2) Distància de satèl·lit làser Ruby: es van mesurar amb èxit els satèl·lits experimentals dels EUA Expl-27, 29 i 36, amb la distància màxima mesurable de 2.300 quilòmetres i una precisió d'uns 2 metres. Aquesta és la primera generació de resultats d'abast de satèl·lit artificial, posant les bases per al futur satèl·lit artificial que abasta a distàncies més llargues i de major precisió.
(3) El radar làser Ruby i el radar làser infraroig aerotransportat, per primera vegada es van adonar del seguiment i la distància terra-aire i aire-aire dels avions.
(4) Instrument d'enquesta aèria làser: combinant un telèmetre làser i una càmera aèria, l'aeronau realitza una prospecció terrestre per completar el mapeig de zones remotes i altres terrenys complexos. La freqüència de repetició és de 6 vegades/minut i la precisió d'abast és d'1 metre.
(5) Telèmetre làser de canó terrestre: pot completar de manera independent les funcions d'observació, abast, mesura d'angle (angle de direcció i elevació) i orientació de l'agulla magnètica. El rang de distància és de 300-10,000 metres i la precisió és de 5 metres. Pel que fa a les aplicacions làser, la comunicació làser Nd:YAG (3-12 canals), la comunicació làser He-Ne i la comunicació làser semiconductor d'un sol/tres canals han tingut èxit en les proves de comunicació; També s'han posat en marxa equipaments mèdics com ara bisturís làser Nd:YAG, bisturís làser CO2 i instruments d'iriectomia làser; L'holografia làser, l'aplicació de l'holografia làser en la fotoelasticitat plana, l'holografia dinàmica làser polsada i els espectrofotòmetres Raman s'han convertit en nous mitjans de la ciència de la metrologia; També s'han aplicat a la indústria i l'agricultura màquines de tall per làser CNC, col·limadors làser, separació làser de sofre isotòpic, làsers líquids per a la investigació agrícola i pantalles de navegació de pantalla gran. A la Conferència Nacional de Ciència celebrada el març de 1978, es van adjudicar prop de 80 projectes làser, inclosos uns 70 productes civils i uns 10 productes militars, que reflectien de manera exhaustiva els èxits del desenvolupament de la tecnologia làser del meu país durant aquest període.
Des de la reforma i obertura, la tecnologia làser ha guanyat oportunitats de desenvolupament sense precedents. Durant els últims 20 anys, la ciència i la tecnologia làser han fet un progrés sense precedents, enfrontant-se a les aplicacions, al món i al futur, i han sorgit una sèrie d'assoliments avançats a nivell internacional, establint una base sòlida per al segle XXI.
El maig de 1980 es va celebrar la primera conferència internacional del làser a Xangai i Pequín, amb 218 delegats (66 de l'estranger) i 113 informes (65 de l'estranger). El camarada Deng Xiaoping va rebre cordialment els delegats xinesos i estrangers. La segona i la tercera conferència internacional es van celebrar a Guangzhou el 1983 i Xiamen el 1986, canviant la situació de tancament de funcionament de la tecnologia làser al meu país durant molts anys i començant a ser global. Un gran nombre de joves talents científics i tecnològics van marxar a l'estranger per seguir estudis, i un nombre considerable de talents destacats van tornar a la Xina després de completar els seus estudis.
Per tal de formar un centre d'investigació i desenvolupament d'alt nivell, l'equip de recerca científica i el disseny es van ajustar activament i es van establir diversos laboratoris clau nacionals, laboratoris oberts, centres nacionals d'investigació en enginyeria i organitzacions d'investigació de la indústria-universitat. Amb instruments i instal·lacions avançades internacionalment, talents científics i tecnològics d'alt nivell i un mecanisme operatiu relativament flexible, està jugant un paper important en la transformació dels assoliments científics i tecnològics del làser, la creació de drets de propietat intel·lectual independent i la promoció del làser. industrialització tecnològica.
La tecnologia làser s'ha donat importància a molts plans estratègics nacionals de ciència i tecnologia. Entre els set camps principals del pla "863", hi ha la tecnologia làser i la tecnologia optoelectrònica (inclosa la tecnologia làser utilitzada en l'àmbit de la informació) i el 1995 es va afegir el tema de la "fusió de confinament inercial". La investigació prèvia de defensa sobre tecnologia optoelectrònica es va establir oficialment com un projecte interdepartamental, que també inclou la tecnologia làser. La tecnologia làser va ser catalogada com un projecte important al "Sisè Pla Quinquennal" i al "Setè Pla Quinquennal". A més, la Fundació Nacional de Ciències Naturals va finançar una mitjana de 27,6 projectes làser per any des del 1986 fins al 1998. Aquests plans recolzats per l'estat s'han demostrat completament i seleccionats de manera estricta, i són de gran importància per a l'economia nacional i la construcció de defensa nacional. Moltes unitats d'investigació làser també han pres la iniciativa de reformar els seus sistemes organitzatius i mecanismes operatius, enfrontant-se al mercat, fomentant la innovació i promovent enèrgicament la transformació dels èxits científics i tecnològics en productes bàsics, i han aconseguit resultats gratificants.
La investigació del làser s'ha desenvolupat en profunditat, perseguint constantment objectius com ara una alta qualitat del feix, alta estabilitat, llarga vida, polsos curts i longituds d'ona sintonitzables. Durant aquest període, la tecnologia làser ha aconseguit resultats fructífers, molts dels quals tenen un valor d'aplicació important i han arribat a nivells avançats internacionals. Els èxits representatius inclouen:
1. Mesurament de distància i mesurament per satèl·lit S'ha posat en funcionament una nova generació de sistemes pràctics de mesurament de distància i s'han completat les tasques importants programades. Entre ells, es van posar en ús els teodolits de pel·lícula làser 718 i G-179 i van completar amb èxit les tasques; la primera prova de camp de radar de seguiment i abast de làser complet va tenir èxit; el primer radar làser infrarojo pràctic (G-168) es va dissenyar i finalitzar i lliurat als usuaris; Els telèmetres làser tàctics militars (artilleria, tancs, portàtils) es van produir en sèrie. Es va construir i posar en ús el sistema de mesura làser per satèl·lit artificial de tercera generació i va assolir els estàndards internacionals. La precisió d'abast del sistema SLR rubí de primera generació és a nivell de mesurador, la precisió del làser de commutació Q YAG de segona generació és de nivell de decímetre i la precisió del làser bloquejat en mode de tercera generació i el sistema de microordinadors. és a nivell centímetre a una distància superior a 8,000 quilòmetres. S'han establert estacions a Xangai, Wuhan, Changchun, Pequín, etc., formant la Xarxa de la Xina, i les dades participen en intercanvis internacionals.
2. Controlador làser de fusió de confinament inercial (ICF) - sèrie "Shenguang" Sota la guia de Wang Ganchang i Wang Daheng, l'Acadèmia de Ciències de la Xina i l'Acadèmia de Física de l'Enginyeria de la Xina van començar a abordar conjuntament els problemes clau dels anys vuitanta, van emprendre el desenvolupament del sistema làser de la sèrie "Shenguang" i experiments físics ICF, i va aconseguir èxits de renom internacional. Entre ells, el dispositiu làser "Shenguang-I" es va construir el 1986, amb una potència de sortida de 2 bilions de watts, assolint el nivell avançat de dispositius internacionals similars. "Shenguang-I" ha estat en funcionament durant 8 anys consecutius i ha aconseguit una sèrie de resultats físics de classe mundial en camps d'avantguarda com ara els làsers ICF i de raigs X. A la dècada de 1990, el dispositiu "Shenguang-II" amb una escala quatre vegades més gran i un rendiment més avançat es va desenvolupar i està a punt de posar-se en funcionament. L'any 1995, l'ICF va ser aprovat com a projecte al "863 Pla" i va començar a desenvolupar un controlador làser gegant de tot el segle: el dispositiu "Shenguang-III". El disseny general i la recerca tecnològica clau han aconseguit una sèrie de resultats d'alt nivell.
3. Nous làsers Dos làsers químics d'ona contínua d'alta potència, el làser de fluor deuteri (DF) de 3,8-micres i el làser d'oxigen iode (COIL) de longitud d'ona curta de 1,315-micres, han fet avenços, amb la potència i la qualitat del feix només per darrere dels Estats Units, arribant al nivell internacional actual. Pel que fa als làsers de raigs X, el mecanisme de col·lisió dels làsers de raigs X suaus de neó-germani (longituds d'ona de 23,2 nanòmetres i 23,6 nanòmetres) han aconseguit una saturació de guany i tenen una qualitat del feix propera al límit de difracció, situant-se en el primer nivell internacional. ; la investigació sobre làsers de raigs X de bombeig compost ha obtingut una sèrie de noves línies espectrals informades per primera vegada al món i ha avançat a una longitud d'ona curta de 4,68 nanòmetres. Els làsers d'electrons lliures i els làsers ajustables de diverses longituds d'ona també han fet un progrés gratificant.
4. Els nous cristalls de marca xinesa es van globalitzant. Els cristalls BBO, LBO del meu país, així com KTP, safir de titani i altres cristalls inventats per la Xina gaudeixen d'una gran reputació al mercat internacional per la seva excel·lent qualitat i ocupen una certa quota.
Tot i que el prototip de la indústria del làser havia aparegut en el processament (perforació làser), equips mèdics i mesurament de distància ja als anys 60, en aquell moment només era esporàdica i dispersa la producció de recerca i desenvolupament a petita escala, i no va aconseguir formar un clima. . No va ser fins a la reforma i l'obertura que la Xina va rebre realment l'atenció i va començar substancialment, especialment sota l'orientació política de "desenvolupar alta tecnologia i realitzar la industrialització", que el meu país va tenir una autèntica indústria làser.
El gener de 1987, es va establir l'Associació de la Indústria Òptica de la Xina, que després va canviar el nom de l'Associació de la Indústria Òptica i Optoelectrònica de la Xina, que té una branca làser. Segons les estadístiques de l'enquesta de l'associació industrial sobre l'estat de la indústria làser del meu país el 1998, hi ha unes 100 unitats de producció de productes làser importants al país, amb 6.400 empleats i unes vendes mitjanes de 125,000 iuans per persona, distribuït principalment a Hubei, Beijing i Xangai. La indústria làser del meu país va passar dels 100 milions de iuans el 1988 als 800 milions de iuans el 1998, amb un creixement anual mitjà del 22,3% i les vendes totals en 10 anys van assolir els 4.120 milions de iuans. L'any 1998, les exportacions van arribar als 11,2 milions de dòlars dels EUA, que representen l'11,6% del valor total.