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光谷激光行业2015年回顾:朱晓

日期:2016-05-10 来源:新特光电 点击数:

长期以来薄片固体激光器及其应用为本人的研究重点,正在攻克薄片晶体的封装工艺、多次泵浦模块的鲁棒性、数百瓦连续薄片激光器的调Q和频率转换等技术,希望实现200-300瓦调Q红外准连续薄片激光器、100-150瓦绿光薄片激光器、30-50瓦紫外薄片激光器的系列成果,并进而产业化。

首先要对“广泛应用”,下个定义。我认为“广泛应用”应包含三层含义:一是工艺和技术已经成熟;二是产品能够标准化批量生产;三是具有高的性能价格比。按此定义,只有两类激光加工工艺和技术,当今正在广泛应用。一是激光打标,二是激光切割。中小功率激光焊接产品,近两年正在朝“广泛应用”方向发展,前景光明。

科研单位和企业,对激光应用未来关注的新领域,应该有不一样的理解。科研单位更关注国家需求和原始创新,如激光武器、激光粒子加速器、激光或复合能量束与材料相互作用的新机理等;企业可能更关注市场的需求,更注重能被“广泛应用”的激光产品。从企业的角度来看,按照上述“广泛应用”的定义,“十三·五”期间,我认为下述三类激光应用,有利可图:中小功率激光焊接设备,在金属薄板焊接领域的应用;高峰值功率、高平均功率、柔性传输激光清洗设备,在除锈、除漆、除氧化层领域的应用;激光美容、医疗、康复设备,在健康领域的应用等,都将是新的“金矿”,等待着企业去开拓。

半导体激光器是激光行业的基础核心器件,一方面,要努力最求单芯片更高的输出功率和更好的光束质量,但这只是“量”的变化,另一方面,追求将多个半导体激光器进行合束,并进行“模式转化”,以获得高功率和高光束质量的完美结合,这就是光纤激光器,这是发生了“质”的变化。从这个角度说,光纤激光器就是半导体激光器的“终极目标”。但对同时需要激光能量和激光峰值功率的应用时,光纤激光器由于其纤芯尺寸的限制,不能胜任,此时,薄片固体激光器或板条固体激光器就具有优势。

CO2激光器由于其波长的优势,对非金属加工,木材、布料、尼龙等,吸收很好,加工效率高,应该不会被淘汰,但在金属加工领域,前景暗淡。从发展方向上说,应该针对非金属加工应用,减少加工的热效应,开发千瓦级、准连续的超短脉冲宽度CO2激光器。

激光系统必须与自动化设备相结合,才能构成激光应用装备。对高精度要求的激光应用装备,采用多轴、多联动的机床为主,对精度要求不太高的应用,采用机器手为主。近年主要的市场,可能以柔性传输的机器手和导光臂传输的机器手为主,来进行自动化与激光系统的合成。

武汉·中国光谷激光行业的发展,可以说是中国激光行业发展的一个缩影,也可以说是世界激光产业发展的一个缩影。从2006年至今,湖北省的激光产业经历了两次质的飞跃:2006年,提出了“激光产业处于井喷式爆发的前夜”的口号,获得了科技部支撑计划“新一代工业激光器及其应用装备研发与示范”项目的支持(1.8亿元,政府拨款9000万元),一批先进工业激光器实现了产业化,带动了武汉激光产业的技术全面提升。2011年,提出了“激光将是继计算机后代表人类进化的工具(从猴到光)”的理念后,获得了国家发改委联合国家财政部、国家开发银行“光电器件与激光产业集聚发展试点项目”(170亿元,政府拨款3亿元)的支持。该项目对武汉激光企业的基础设施建设和产业规模发展,起到了重要作用。

现在国家提出“大众创业,万众创新”、“一带一路”和“2025中国制造”等国家战略,这都为激光产业进入第三次质的飞跃——“激光到了应用的时代”,创造了非常好的外部条件。形象地说,过去的十年,我们经历了“造枪炮和建基地(或者叫筑战壕”)两个阶段,未来的五年,应该是“冲锋陷阵,拓展疆土”,一个行业、一个行业地去开拓激光应用。

为迎接激光应用时代的到来,实现激光产业千亿产值的梦想,湖北省提出要“打造全国最大的激光产业基地“。要实现这一目标,必须整合激光产业的资源,催生激光产业的龙头企业,以激光服务业带动激光制造业的发展。

就技术方面而言,我不认为2015年激光加工和激光医疗领域,有什么“重要的大事件”,还没有看到有什么像“光纤激光器”类似的颠覆性成果。在产业方面,我认为“由武汉华工激光工程有限责任公司联合华中科技大学、神龙汽车、江淮汽车、长城汽车、上汽通用、江铃汽车、中航精机、凌云股份、武汉法利莱等多家单位共同自主研发的“汽车制造中的高质高效激光焊接、切割关键工艺及成套装备”项目,在1月8日人民大会堂举行的国家科技奖励大会上,获得国家科技进步一等奖”算得上是一个“重要的大事件”。这个奖,一方面证实了我们提出的“激光到了应用的时代”,口号的正确性,另一方面,说明工业激光终于获得了国家的认同,是激光行业近十年来,“造枪炮、筑战壕”的结晶,攻陷了激光在汽车行业的应用,为“激光应用时代”开了一个好头,树了一个好榜样,是激光行业的共同荣誉,要大力宣传。

作为华中科技大学激光加工国家工程研究中心和高功率激光器国家级国际联合研究中心的负责人,我们一直坚持两个发展方向,一是不断深入研究新型的工业激光器,二是不断深入研究激光与物质相互作用的机理。

我认为未来工业固体激光器将是按照“光束模式转换”的思想,用半导体激光器泵浦薄片或板条激光器、用薄片或板条激光器再泵浦光纤激光器,有机地联系在一起,实现一台激光器,输出不同的光束质量、不同的波长、不同的运行方式(连续或脉冲),以便更加灵活地满足不同工位(或同一工位)的不同应用要求。这是要研发的一种光源。要研发的另一种光源即是千瓦级短脉冲(或超短脉冲)高峰值功率CO2激光器。

在激光与物质相互作用机理研究上,将按照道家的“道生一、一生二、二生三、三生万物”的思想,重点研究多能量束,同时或不同时,作用在材料上的机理,只有这样,才有可能真正控制材料达到所需要的状态。形象地说,在材料要“吃饭”时,给其“饭”吃,在材料要“喝水”时,给其“水”喝,在材料生病时,还需给其“药”吃,这样因势利导,可能才会出现原创性、颠覆性成果。当然,这是一件非常艰难的事情。

从投资的角度,激光行业是值得投的。但投什么具体产品,则不能一概而论。就我个人而言,希望投入激光的孵化器。孵化新技术产品,孵化有技术产品的微小激光企业,待长大后,将其卖掉,获取巨额收益。

产学研结合,一直是政府所倡导的,但此方面,一直都没有做得很好。原因很多,社会上,也一直有“教授像企业家,企业家像教授”的说法。要真正将产学研各方,回归到本位,还需全社会的努力,建议认真调研一下德国的“德国亥姆霍兹国家研究中心联合会”和弗劳恩霍夫应用研究促进协会(德语:Fraunhofer-Gesellschaft zur F?rderung der angewandten Forschung e.V.),即德国弗朗霍夫学会”,有了第一手资料后,结合“2025中国制造”规划,我们可建议成立“中国激光智能制造创新中心(工业技术研究基地)”,打造中国激光产业真正的产学研结合基地。

市场竞争,是不可避免的,恶性竞争,也是不可避免的。没有创新,没有核心技术产品,灭亡是必然归宿。另一方面,政府必须维持好市场秩序,保护好知识产权,保障市场的公平竞争。

2015年激光行业的总体发展趋势良好,武汉·中国光谷已有两家激光企业登上新三板,全国估计不下五家,激光的上市公司越来越多。据我了解,激光企业最大的困难是“回款”,给企业在资金层面,压力巨大。

(来源:武汉中国光谷激光行业协会。朱晓接受为武汉·中国光谷激光行业协会会长、华中科技大学激光加工国家工程研究中心主任)