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新聞動態/ NEWS CENTER

回顧60歲的激光,向1000億規模邁進


激光是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之後,人類科學史上的又一重大發明。原子能具有巨大能量和破壞力,在原子能基礎上,人類建立了全球核工業,核能運用於軍事、能源、工業、航天等領域;半導體是電子產業的基石,應用於汽車、能源、消費電子、航空航天、醫療等眾多領域,相對原子能而言,半導體應用更為廣泛;計算機它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域,已形成了規模巨大的計算機產業,帶動了全球範圍的技術進步,由此引發了深刻的社會變革,計算機已遍及政府、企業、家庭、個人,成為信息社會中必不可少的工具;而激光成為先進製造技術和升級改造傳統工業的重要手段,已廣泛應用於材料加工、通信與光存儲、醫療與美容、研發與軍事、儀器與傳感器、娛樂顯示、增材製造等我國國民經濟幾乎所有領域。

由於曆史原因,我國激光器應用市場整體起步較晚,二十一世紀初,國內高端激光器市場基本被國外企業壟斷,導致國內生產激光器原材料成本昂貴,終端激光器、激光加工設備價格高昂,限製了激光技術在製造行業中的廣泛應用。2009年前後,隨著國內科研機構和企業的創新技術突破,我國激光產業獲得快速發展,福晶科技、銳科激光、創鑫激光、大族激光、華工科技等企業快速迅速,國內激光產業已經基本形成激光材料/芯片、激光關鍵元器件、配套件、激光器、激光係統、應用開發、公共服務平台等全產業鏈發展。

隨著“中國製造2025”行動綱領和“一帶一路”戰略的深入實施,製造業對自動化,智能化生產模式的需求日益增長,激光技術是現代高端製造前沿技術,在產業轉型升級過程中將扮演重要角色,激光加工應用也從一開始的食品、紡織、電子等輕工業領域,拓展至汽車、船舶、航天、航空、高鐵等重工業領域。除此以外,中國的激光市場還延伸至消費電子、通信、顯示、醫療、整形美容、增材製造、數據傳感器等新興領域。受益於國家政策的大力支持和市場旺盛需求,激光產業湧現出像大族激光、華工科技、福晶科技、銳科激光、創鑫激光、傑普特等一批優秀民族企業,助力我國激光產業快速發展。2018年我國激光產業市場規模收入達到713億元,同比增長18.05%,2019年,我國激光產業市場規模達到786億元,再創曆史新高,我國激光產業正向千億市場規模邁進。

圖1 2013-2019年我國激光產業市場規模及增長情況

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數據來源:OFweek產業研究院

下麵茄子官网qz222app將從激光技術先驅、激光企業、激光產業三個部分來回顧激光60年發展曆程。

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西奧多·梅曼:

1960年5月15日(北京時間5月16日),梅曼博士在美國休斯實驗室點亮第一台激光器,開啟了全新的激光新紀元。

1961年:激光器開始通過Trion Instruments、Perkin-Elmer和Spectra-Physics等公司出現在商業市場上。

1961年3月:在第二屆國際量子電子會議上,休斯研究實驗室的RobertW.Hellwarth提出了理論研究,表明通過使紅寶石激光器的脈衝更可預測和可控製,可以對紅寶石激光器進行重大改進。

1961年10月:美國光學公司的EliasSnitzer實現了了釹玻璃(Nd:glass)激光器的首次運行。

1962年:Hellwarth與FredJ.McClung一起證明了他的激光理論,通過使用電開關Kerr單元百葉窗產生的峰值功率是普通紅寶石激光器的100倍,巨大脈衝形成技術被稱為Q開關。同年,GE、IBM和麻省理工學院的林肯實驗室的研究人員同時開發了砷化镓激光器,這是一種半導體器件,可以將電能直接轉換為紅外光,但是即使進行脈衝操作,也必須進行低溫冷卻。

1962年6月:貝爾實驗室報告了第一台釔鋁石榴石(YAG)激光器。1962年10月,位於紐約州錫拉丘茲的GeneralElectricCo實驗室的谘詢科學家Nick Holonyak Jr發表了他關於“可見紅色” GaAsP(磷化砷化镓)激光二極管的工作,這是一種緊湊,有效的可見相幹光源,這是當今消費類產品(如DVD播放器和手機)中使用紅色LED的基礎。

小尼克·霍尼奧克(L.Brian Stauffer):

1963年初:《巴倫周刊》(Barron's magazine)估計商業激光市場的年銷售額為100萬美元。Logan E.Hargrove,Richard L.Fork和MA Pollack實現了鎖模激光器的首次演示,即帶有聲光調製器的氦氖激光器,鎖模是激光通信的基礎,也是飛秒激光器的基礎。同年,加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校的赫伯特·克魯默和俄羅斯聖彼得堡AF艾菲物理技術學院的Rudolf Kazarinov和Zhores Alferov團隊獨立提出了用異質結構器件製造半導體激光器的想法,這項工作使Kroemer和Alferov贏得了2000年諾貝爾物理學獎。

1964年:在使用HeNe和氙氣激光器工作了兩年之後,休斯研究實驗室的William B.Bridges發現了脈衝氬離子激光器,該激光器雖然體積大且效率低下,但可以在多個可見和紫外波長下產生輸出。Townes,Basov和Prokhorov因“在量子電子學領域的基礎性工作,從而基於maser-laser原理構造了“振蕩器和放大器”而獲得了諾貝爾物理學獎。同年,二氧化碳激光由貝爾實驗室的Kumar Patel發明,如今已在全球範圍內用作手術和工業中的切割工具。Nd:YAG(摻釹YAG)激光由貝爾實驗室的約瑟夫E.蓋西奇和理查德史密斯發明,後來,激光被證明是美容應用的理想選擇,例如激光輔助原位角膜磨鑲術(lasik)視力矯正和皮膚重鋪。

1965年:貝爾實驗室首次將兩個激光器鎖相,這是向光通信邁出的重要一步。Jerome VV Kasper和George C.Pimentel在加利福尼亞大學伯克利分校展示了第一台化學激光器,一種3.7μm的氯化氫儀器。

1966年:休斯研究實驗室的Mary L. Spaeth發明了由紅寶石激光器泵浦的可調染料激光器。CharlesK.Kao與英國哈洛市標準電信實驗室的George Hockham合作,實現了成年茄子短视频app下载技術新的突破,共同提出qz6app茄子官网可以用作通信媒介,他計算了如何通過光學玻璃纖維在遠距離傳輸光,並決定使用最純淨的玻璃纖維可以在100km的距離內傳輸光信號,而相比之下,隻有20 m的茄子视频ioses懂你下载安装可以傳輸光信號。由於他取得的成果,2009年Kao獲得諾貝爾物理學獎。

1970年:Basov,VA Danilychev和YuM.Popov在PN Lebedev物理研究所開發準分子激光器。

1970年春季:Ioffe物理技術研究所的Alferov小組和Bell Labs的Mort Panish和Izuo Hayashi小組生產了第一批實現室溫下連續波激射的半導體激光器,為成年茄子短视频app下载通信的商業化鋪平了道路。

1972年:查爾斯·H·亨利(Charles H.Henry)發明了量子阱激光器,與傳統的二極管激光器相比,量子阱激光器所需的電流要少得多,達到激射閾值,而且效率要高得多。Holonyak和伊利諾伊大學香檳分校的學生於1977年首次展示了量子阱激光器。

1975年:Jan P.Van der Ziel、R Dingle、obert C.Miller、William Wiegmann和WA Nordland Jr製造了第一台量子阱激光器。

戈登·古爾德:

1977年:古爾德在芝加哥的街道下完成了貝爾實驗室茄子官网qz222app光波通信係統的第一個商業安裝。

1977年10月11日:古爾德獲得了光泵浦的專利。

1978年:LaserDisc進入家庭視頻市場,但影響並不大。最早的播放器使用HeNe激光管讀取媒體,而後來的播放器使用IR激光二極管。

Arthur Schawlow教授:

1981年:Schawlow和Bloembergen因其對激光光譜學發展的貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。

1982年:麻省理工學院林肯實驗室的Peter F.Moulton開發了鈦藍寶石激光器,該激光器用於在皮秒和飛秒範圍內產生短脈衝。Ti:藍寶石激光器取代了染料激光器,可用於可調和超快激光器。

1982年10月:音頻CD(LaserDisc視頻技術的衍生產品)問世。Billy Joel的歌迷為之歡欣鼓舞,因為他的1978年專輯“ 52nd Street”是第一張發行CD的專輯。

王大珩:

1936年,畢業於清華大學物理係。

1938年,赴英國留學,先後就讀於倫敦帝國理工學院、謝菲爾德大學。

1948年回國,王大珩開拓和推動了中國光學研究及光學儀器製造、特別是國防光學工程事業。

1961年,在他的領導下研製出第一台紅寶石激光器和首台航天相機,主持研製出我國第一台大型光測設備。在雷射技術、遙感技術、計量科學、色度標準等方麵也都作出了重要貢獻。

1986年3月,會同其他3名科學家提出“863”計劃建議並獲中央批準,促使發展高科技成為實現我國科技現代化的一項重要戰略部署。

1992年,與其他學部委員倡議並促成建立中國工程院。榮獲國家科學技術進步獎特等獎、首屆“何梁何利基金科學與技術成就獎”。

2011年7月21日,王大珩在北京逝世,享年96歲。


Coherent :

相幹(Coherent)公司是世界最大激光器及相關光電子產品生產商之一。相幹公司現在是最全麵的超快激光器係統供應商,提供從振蕩級、放大器、OPA、泵浦源到特殊製造的TW激光器等一係列超快激光器產品,脈衝寬度最窄到20fs;峰值功率最高可達100TW;單脈衝能量最高可達到5J。2019財年(截至2019年9月28日),相幹公司銷售額達14.31億美元,截止目前,Coherent 相幹公司緊湊型連續可見光激光器Sapphire出貨量已突破 50000 台。

1966年,Coherent 在美國加利福尼亞州帕洛阿爾托成立,成立當年推出真正意義上的第一台CO2商用激光器。

1970年,在美股上市。

1998年, Coherent公司以6500億美金收購 Palomar Medical Technologiesi部分業務。

2003年4月, Coherent公司收購PositiveLight公司,成為全世界最大、最全麵的超快激光器係統生產商。

2004年5月, Coherent收購了LambdaPhysik公司98%股權,並成功地將其在全球的銷售和維修網絡整合在相幹公司旗下。

2005年5月, Coherent公司收購了TuiLaser公司及其全資子公司 Bavarian Photonics( Tui Laser是最知名的小功率準分子激光器生產廠商, Bavarian Photonics以生產高功率調Q全固態激光器並以其對精細加工係統集成的全麵支持能力而知名)。

2006年11月, Coherent (北京)商業有限公司正式成立,2007年4月,Coherent收購 Nuvonyx公司一一後者是全球知名的高功率半導體激光器係統生產商,產品廣泛應用在熱處理、焊接、熔覆等領域。

2010年5月,Coherent收購激光設備製造商Beam Dynamics公司,後者主要研發製造工業級激光加工設備,用於各種切割應用之中,例如加工塑料、織物、皮革、椽膠、金屬、陶瓷和木材等。

1990年由PG主席兼首席執行官Valentin P. Gapontsev和IPG首席技術官Igor Samartsev 成立。IPG已經全球最大的茄子视频ioses懂你下载安装激光製造商,其生產的高效qz6app茄子官网激光器、qz6app茄子官网放大器以及拉曼激光的技術均走在世界的前端。

IPG:

1996年,IPG推出了工業級,衍射極限(單模)10瓦qz6app茄子官网激光器。

2000年,IPG推出了使用其多qz6app茄子官网側耦合技術的100瓦衍射極限茄子视频官网App懂你的激光器。

2002年至2003年之間,IPG開發了多千瓦工業級茄子官网qz222app激光器。

2006年,IPG在首次公開募股中籌集了超過9000萬美元的淨收益。

2007年,IPG在中國北京及2010 年在其矽穀技術中心附近開設辦事處。

2010年,IPG推出了首個準連續產品。波(QCW)激光器進入市場。

2017年,全球IPG收入增長至14億美元,同比增長40%。

2018年,IPG被列入標準普爾500指數股票市場指數。

2019年,IPG實現營收13.146億美元,同比下降10%;淨利潤1.802億美元,同比下降55%;毛利率46.1%,同比減少8.7個百分點。

2020年,IPG在“OFweek2020(第六屆)中國激光在線展會”重磅推出新產品——YLR-4000機架式單模塊激光器。

Newport:

美國理波公司(NewportCorporation)成立於1969年,Newport是全球領先的光電子先進技術產品和係統的解決方案提供商,整合旗下Corion、NewFocus、OrielInstruments、RichardsonGratings和Spectra-PhysicsLaser子公司,供應客戶各類光源、光電儀器、光電調製器、激光器、光學平台、亞微米定位係統、光學機械構件、震動隔離、光學元件、光學量測計等光電科技產品。

1991年,Newport Corporation收購了法國Evry的Micro-Controle的微定位產品部門。Micro Controle以其非凡的超高精度定位和運動控製係統的製造和設計而聞名於世。此後,Newport 已成為定位和運動控製係統的全球領導者。

1999年,Newport 公司收購了康寧OCA Incorporated的商業光學部門,成立了Newport 精密光學業務集團。Newport Precision Optics通過高性能的光學元件,光學係統和增值的光機械子組件,將Newport設計和製造能力的提升到了新水平。

2004年,Newport 收購了Spectra-Physics和相關的光子學公司。此次收購極大地擴大了Newport在公司目標客戶市場中的專業知識和產品範圍,從而增加了Newport的固態,氣體和染料激光器,大功率二極管激光器,超快激光係統以及光子學儀器的產品組合光譜和物理,Oriel儀器,Richardson光柵和Corion濾光片的知名品牌的產品和組件,包括光源,單色儀,光譜儀器,光學濾光片以及直紋和全息衍射光柵。

2009年,Newport 從Oclaro手中收購了New Focus業務。此次收購擴大了Newport 的產品範圍,包括了許多新的高性能產品,包括光電,高分辨率執行器,光電機械,可調諧激光器和專為原始設備製造商(OEM)設計的定製工程解決方案。

2011年,Newport 收購了Ophir Optronics Ltd和High Q Laser GmbH。對Ophir的收購極大地擴展了Newport在紅外光學和光子儀器方麵的能力,為Newport的產品係列增加了Ophir的精密紅外光學和透鏡組件;激光測量儀器,包括激光束輪廓儀,激光功率和能量計以及傳感器;三維非接觸式測量傳感器和設備。對High Q的收購擴大了Newport的超快激光器功能,特別是在生命,健康科學和工業市場中的應用,並擴大了Newport在歐洲激光器市場的影響力。

2012年,Newport 收購了ILX Lightwave Corporation。對ILX Lightwave的收購擴展了Newport的光子學儀器和係統產品,將ILX的二極管激光器控製器和驅動器,溫度控製器,電流源,光功率和波長儀,半導體激光器/LED老化,測試和表征係統添加到Newport的產品組合中。

2016年4月,Newport成為MKSInstruments,Inc的全資子公司。

大族激光:

大族激光1996年創立於中國深圳,目前公司已經是亞洲最大、世界排名前三的工業激光加工設備生產廠商。該公司於2004年在深圳證券交易所上市,股票代碼:002008。目前全球員工超過13000人,總資產逾180億元,市值近340億。2012年以來公司憑借多元化拓展戰略,在新業務上的發展保證了整體業績的平穩,2010-2018年該公司營收複合增速達17.14%。

2017年公司大功率激光裝備、數控設備、LED焊線機等領域逐步進入收獲期,與消費電子行業需求旺盛產生共振,業績爆發,全年實現營收115.6億元,同比增長66.12%,創曆史新高。

2019年大族激光營業收入95.63億元,同比下降13.30%,營收首次跌破百億元大關。

激光的理論提出到現在激光產業的蓬勃發展大致經曆了四個階段:

(1)理論階段(1916-1960年):激光理論始於愛因斯坦的受激發射理論,該理論於 1916年提出;1928 年 Landenburg 證實了受激輻射“負吸收”的存在;1940 年 V.A Fabikant 在其論文中提出產生粒子數反轉的實現方法;1947 年受激輻射第一次被實驗驗證,1950 年 Kastler 提出了光學泵浦的方法;1953年:美國物理學家Charles Townes用微波實現了激光器的前身:微波受激發射放大;1958年,美國科學家肖洛(Schawlow)和湯斯(Townes)提出了"激光原理",他們為此發表了重要論文,並獲得1964年的諾貝爾物理學獎。

(2)實踐階段(1960-1971年):這一階段,不同類型激光器開始從實驗室製作出來,進入人們的視野。1960年5月15日,美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光。1962年前蘇聯科學家尼古拉·巴索夫發明了第一台半導體激光器出現;1963年帕特爾發明了第一台CO2激光器;1965年貝爾實驗室發明了第一台YAG激光器等等。

(3)商用階段(1971-1989年):1971年出現了第一台商用1KWCO2激光器,這標誌著激光從理論實踐進入應用普及階段,激光首次進入藝術世界,用於舞台光影效果,以及激光全息攝像。英國籍匈牙利裔物理學家DennisGabor憑借對全息攝像的研究獲得諾貝爾獎;1974年第一個超市條形碼掃描器出現;1975年IBM投放第一台商用激光打印機;1982年日本夏普公司製造出半導體激光器;1978年飛利浦製造出第一台激光盤(LD)播放機;1988年北美和歐洲間架設了第一根成年茄子短视频app下载,用光脈衝來傳輸數據。

(4)延伸階段(上世紀90年代至今):1990年,俄羅斯研製成功了大功率半導體激光器。激光開始廣泛用於製造業,包括集成電路和汽車製造等。1991年激光首次用於人體治療近視,海灣戰爭中首次使用激光製導導彈;1996年,東芝推出數字多用途光盤(DVD)播放器;2008年法國神經外科學家使用纖維激光和微創手術技術治療了腦瘤;2010年,美國國家核安全管理局(NNSA)表示,通過使用192束激光來束縛核聚變的反應原料、氫的同位素氘(質量數2)和氚(質量數3),解決了核聚變的一個關鍵困難。

2011年,在漢斯·佐格(Hans Zogg)的指導下,瑞士蘇黎世聯邦理工學院(瑞士聯邦理工學院的一部分)的研究人員首次生產了一種垂直外腔表麵發射激光器(VECSEL),該激光器在中紅外大約在5微米該波長範圍對於光譜應用非常有用。VECSEL的潛力促使研究團隊的成員成立了一家名為Phocone的公司來將該技術商業化。

2016年2月,在加利福尼亞州聖何塞舉行的SPIE高級光刻技術研討會上,半導體光刻工具製造商ASML宣布EUV(極紫外)光刻技術終於準備就緒。經過多年的發展,由於光源不夠亮,進展滯後了,ASML將其精力投向了激光產生的等離子體方法。通過這種方法,紅外CO2激光器向熔化的錫的微小液滴發射集中脈衝。過濾出最終的發射脈衝後,結果是一個13.5nm或EUV的光脈衝。該技術及其產生的波長比半導體生產中使用的193nm深紫外激光器短得多,是半導體製造領域持續發展的關鍵。

2017年,上海超強超短激光實驗裝置成功實現10拍瓦激光放大輸出,此次研製取得諸多突破,包括實現300焦耳以上能量水平寬帶激光放大輸出,10拍瓦激光主放大器采用的鈦寶石晶體直徑達235毫米,由中科院上海光機所自主研製。當下,激光技術已經無處不在,激光技術基本做到了在全球軍事領域及民用領域應用全覆蓋。

圖2 激光產業發展曆程重大事件

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