Преглед и перспектива на машина за лазерно маркиране

Думата "лазер" е буквален превод на "ЛАЗЕР". ЛАЗЕР първоначално е бил специален термин, съставен от инициалите на усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация. В моята страна то е преведено на „лазер“, „светлинен лазер“, „усилвател на светлинно стимулирани емисии“ и т.н. През 1964 г. академик Qian Xuesen предложи името „лазер“, което не само отразява научната конотация на „стимулиран излъчване", но също така показва, че това е много силен нов източник на светлина. Той е подходящ, ярък и кратък и е единодушно признат и използван от научната общност в моята страна.
От успешното разработване на първия лазер в Китай през 1961 г., със съвместните усилия на лазерни научни изследвания, преподаване, производство и звена за използване в цялата страна, моята страна формира поле за лазерни технологии с пълни категории, напреднало ниво и широко приложение и има постигна задоволителен напредък в индустриализацията, давайки положителен принос за науката и технологиите на моята страна, националната икономика и националното отбранително строителство, а също така спечели място на международната арена.
През 1957 г. Wang Daheng и други създадоха първия професионален оптичен изследователски институт в моята страна в Чанчун, Института по оптика, прецизни инструменти и механика на Китайската академия на науките (Чанчун) (съкратено като "IOM"). Под ръководството на по-старото поколение експерти, група от млади научни и технологични работници израснаха бързо и Deng Ximing беше виден представител сред тях. Още през 1958 г., малко след публикуването на известната статия за принципа на лазера на американските физици Шаулоу и Таунс, той активно се застъпи за развитието на тази нова технология и за кратък период от време събра екип от млади и средни -възрастни изследователи с новаторски дух и представиха голям брой идеи и експериментални схеми за подобряване на яркостта, единичния цвят и кохерентността на светлинните източници. През 1960 г. е пуснат първият в света лазер. През лятото на 1961 г., под ръководството на Wang Zhijiang, първият рубинен лазер в моята страна беше успешно разработен. През следващите няколко години лазерната технология се разви бързо и доведе до редица напреднали постижения. Бяха успешно разработени различни видове твърди, газови, полупроводникови и химически лазери. Във фундаменталните изследвания и ключовите технологии бяха предложени и внедрени редица нови концепции, методи и технологии (като Q мутация на кухина и огледална Q модулация, усилване на пътуващи вълни, използване на рениеви йони, излъчване на свободни електронни колебания и др.) , много от които са оригинални.
В същото време, като нов източник на светлина с отлични характеристики като висока яркост, висока насоченост и високо качество, лазерите бързо бяха приложени в различни технически области, показвайки силна жизненост и конкурентоспособност. По отношение на комуникациите, през септември 1964 г. са използвани лазери за демонстриране на предаване на телевизионни изображения, а през ноември 1964 г. са постигнати 3-30 km разговори. По отношение на промишлеността, през май 1965 г. лазерните машини за щанцоване бяха успешно използвани в производството на щанцоване за изтегляне на тел, постигайки значителни икономически ползи. В медицината през юни 1965 г. лазерните заварчици на ретината са тествани върху животни и клинично. По отношение на националната отбрана през декември 1965 г. успешно е разработен лазерен далекомер с дифузно отражение (с точност 10 метра/10 километра), а през април 1966 г. е разработен импулсен лазерен доплеров скоростомер с дистанционно управление.
Може да се каже, че в началния етап лазерната технология на моята страна се разви бързо и както количеството, така и качеството бяха близки до международното ниво по това време. Рядко се случва в историята на съвременното научно и технологично развитие в моята страна иновативна технология да може толкова бързо да настигне напредналите в света. Тези постижения, особено способността за плавно трансформиране на физически идеи и технически решения в действителни лазерни устройства, се дължат главно на всеобхватните възможности и солидната основа, натрупана от Института по оптика и механика в техническата оптика, прецизните машини и електронните технологии през годините. Трудно е да се формира климат за развитие на нова технология без достатъчна техническа подкрепа.
Лазерната научна и технологична индустрия получи голямо внимание от ръководството и отделите за научно управление от самото начало. По това време Джан Джинфу, вицепрезидент на Китайската академия на науките, предложи идеята за създаване на професионален институт за лазерни изследвания, която скоро беше одобрена от Държавната комисия по наука и технологии и Държавната комисия по планиране. Вицепремиерът Nie Rongzhen, който отговаряше за науката и технологиите, също специално инструктира: Институтът трябва да бъде построен в Шанхай, който има добра индустриална основа и е благоприятен за развитието на тази нова технология.
Високоенергийната лазерна система от неодимово стъкло "6403", стартирана през 1964 г., високомощната лазерна система и изследването на ядрения синтез, започнати през 1965 г., и разработването на 15 типа военни лазерни машини, формулирани през 1966 г., поради тяхната всеобхватност и висока трудност , ефективно задвижиха и насърчиха развитието на лазерната технология в Китай. Въпреки че лазерната научна и технологична индустрия на моята страна също претърпя катастрофата на „Културната революция“, тя все пак оцеля с трудности и постигна ценен напредък с подкрепата на ключови проекти.
1 Високоенергийната лазерна система от неодимово стъкло "6403" стартира през 1964 г. Накрая беше определено от техническа гледна точка, че термичният ефект е основна техническа пречка и беше прекратено през 1976 г. Историческият принос на този проект към развитието на високоенергийната лазерна технология не може да бъде пренебрегнато. Той изведе лазерната технология на моята страна на по-високо ниво. Неговите постижения се изразяват главно в:
(1) Изградена е лазерна система за усилване на трептенията с голям калибър (120 mm) с инженерен мащаб с максимална изходна енергия от 320,000 джаула; след подобряване на качеството на лъча, той достигна 30,000 джаула.
(2) Интеграцията на системната технология беше постигната и експериментът за стрелба по мишена беше успешно проведен. Алуминиевата цел от 80 mm беше пробита на 10 метра на закрито, а алуминиевата мишена от 0,2 mm беше пробита на 2 километра на открито. Систематично са изследвани биологичните ефекти и механизмът на увреждане на материалите от силното лазерно лъчение.
(3) За първи път бяха разкрити феноменът и механизмът на светлинно увреждане на самата лазерна система от силна светлина.
(4) За първи път важността и физическата конотация на качеството на лазерния лъч бяха дълбоко разбрани и бяха приети серия от иновативни технологии за подобряване на качеството на лъча, като лазери с нестабилна кухина на ниво 10,000 джаула, листови лазери, лазерни системи за усилване на сканиране на трептене и диагностика на качеството на клинов лъч.
(5) Лазерните компоненти и поддържащите технологии са направили революционни подобрения, като процес на топене на неодимово стъкло с ниска абсорбция и висока равномерност, високоенергиен импулсен ксенон, диелектричен филм с висока якост, оптична прецизна обработка с голям калибър (1,2 метра), и т.н.
(6) Група от технически основни екипи бяха култивирани и обучени.
1. Високомощна лазерна система и изследване на ядрения синтез През 1964 г. Wang Ganchang независимо предложи инициативата за лазерен синтез и проектът беше създаден през 1965 г., за да започне изследване. След няколко години усилена работа беше създадено наносекундно лазерно устройство с изходна мощност от 10 (горен индекс 10) вата и през май 1973 г. за първи път бяха произведени неутрони върху мишени от твърд деутерий при ниска температура, мишени от литиев деутерид при стайна температура и деутериран полиетилен. През 1974 г. беше успешно разработен първият в моята страна многоходов чип усилвател, който увеличи изходната мощност на лазера 10 пъти и добива на неутрони с порядък. След като международният принцип на центростремителна компресия беше дешифриран, ние активно проследихме и разработихме шестлъчева лазерна система през 1976 г., облъчвайки пълния с газ мишена от стъклена обвивка и постигайки почти 100 пъти обемна компресия. Тази поредица от големи пробиви позволи на изследванията на лазерния синтез в моята страна да навлязат в ранга на напредналите в света и поставиха основата за дългосрочно устойчиво развитие в бъдеще.
2. Военни лазерни изследвания През декември 1966 г. Националната отбранителна комисия по наука и технологии беше домакин на среща за планиране на военни лазери, на която присъстваха повече от 130 души от 48 единици. На срещата беше формулиран план за развитие, включващ 15 вида лазерни машини и 9 поддържащи технологии. Въпреки че не беше официално одобрен, той все пак изигра полезна роля в насърчаването на развитието. През следващите години се появиха редица важни постижения в тази област. Например:
(1) Първоначалният тест на технологията за лазерно разстояние на целевия обхват беше успешен: използвайки YAG Q-switched лазер с честота на повторение от 20 Hz, точността на обхват беше по-добра от 2 метра, а максималното разстояние на измерване беше 660 километра. Когато се добави към теодолита, той може да постигне определяне на орбитата на една станция на летящата цел. Това постижение създаде необходимите условия за последващо завършване на измерването на траекторията на фазата на връщане на междуконтиненталната ракета.
(2) Сателитно определяне на обхвата с рубинен лазер: успешно измерва експерименталните спътници на САЩ Expl-27, 29 и 36 с максимално измеримо разстояние от 2300 километра и точност от около 2 метра. Това е първото поколение резултати от измерване на разстояние от изкуствен спътник, поставяйки основата за бъдещия изкуствен спътник, измерващ разстояние на по-големи разстояния и с по-висока точност.
(3) Лазерен радар Ruby и инфрачервен лазерен радар във въздуха, за първи път реализираха проследяването и определянето на обхвата на самолети земя-въздух и въздух-въздух.
(4) Инструмент за лазерно въздушно проучване: Комбинирайки лазерен далекомер и въздушна камера, самолетът извършва наземно проучване, за да завърши картографирането на отдалечени райони и друг сложен терен. Скоростта на повторение е 6 пъти/минута, а точността на измерване е 1 метър.
(5) Лазерен далекомер на наземно оръдие: Той може независимо да изпълнява функциите на наблюдение, определяне на обхват, измерване на ъгъл (посока и ъгъл на повдигане) и ориентация на магнитната игла. Обхватът на обхват е 300-10,000 метра, а точността е 5 метра. По отношение на лазерните приложения, Nd:YAG лазерна комуникация (3-12 канали), He-Ne лазерна комуникация и едно-/триканална полупроводникова лазерна комуникация са успешни в комуникационните тестове; медицинско оборудване като Nd:YAG лазерни скалпели, CO2 лазерни скалпели и инструменти за лазерна иридектомия също са пуснати в употреба; лазерната холография, приложението на лазерната холография в равнинната фотоеластичност, импулсната лазерна динамична холография и Рамановите спектрофотометри се превърнаха в нови средства на метрологичната наука; Машини за лазерно рязане с ЦПУ, лазерни колиматори, лазерно разделяне на изотопна сяра, течни лазери за селскостопански изследвания и навигационни дисплеи с голям екран също се прилагат в промишлеността и селското стопанство. На Националната научна конференция, проведена през март 1978 г., бяха наградени близо 80 лазерни проекта, включително около 70 граждански продукта и около 10 военни продукта, които изчерпателно отразяваха постиженията на развитието на лазерната технология на моята страна през този период.
След реформата и отварянето лазерната технология получи безпрецедентни възможности за развитие. През последните 20 години лазерната наука и технологии постигнаха безпрецедентен напредък, изправени пред приложения, света и бъдещето, и се появиха редица напреднали международни постижения, които полагат солидна основа за 21-ви век.
През май 1980 г. в Шанхай и Пекин се провежда първата международна лазерна конференция с 218 делегати (66 от чужбина) и 113 доклада (65 от чужбина). Другарят Дън Сяопин прие сърдечно китайските и чуждестранните делегати. Втората и третата международна конференция се проведоха в Гуанджоу през 1983 г. и Ксиамен през 1986 г., като промениха ситуацията на затворена работа на лазерната технология в моята страна в продължение на много години и започнаха да стават глобални. Голям брой млади научни и технологични таланти заминаха в чужбина за по-нататъшно обучение, а значителен брой изключителни таланти се върнаха в Китай след завършване на обучението си.
За да се формира център за изследване и развитие на високо ниво, научноизследователският екип и оформлението бяха активно коригирани и бяха създадени редица национални ключови лаборатории, открити лаборатории, национални инженерни изследователски центрове и индустриално-университетски изследователски организации. С международно усъвършенствани инструменти и съоръжения, научни и технологични таланти на високо ниво и сравнително гъвкав оперативен механизъм, той играе важна роля в трансформирането на лазерните научни и технологични постижения, създаването на независими права върху интелектуалната собственост и насърчаването на лазера технологична индустриализация.
На лазерната технология се отдава значение в много национални стратегически планове за наука и технологии. Сред седемте основни области на плана "863" има лазерна технология и оптоелектронна технология (включително лазерна технология, използвана в информационното поле), а през 1995 г. беше добавена темата за "инерционен термоядрен синтез". Отбранителните предварителни изследвания на оптоелектронните технологии бяха официално създадени като междуведомствен проект, който включва и лазерни технологии. Лазерната технология беше посочена като основен проект в националния „Шести петгодишен план“ и „Седми петгодишен план“. В допълнение, Националната природонаучна фондация финансира средно 27,6 лазерни проекта на година от 1986 до 1998 г. Тези подкрепяни от държавата планове са напълно демонстрирани и стриктно подбрани и са от голямо значение за националната икономика и строителството на националната отбрана. Много звена за лазерни изследвания също поеха инициативата да реформират своите организационни системи и оперативни механизми, изправени пред пазара, насърчавайки иновациите и енергично насърчавайки превръщането на научни и технологични постижения в стоки, и постигнаха задоволителни резултати.
Лазерните изследвания се развиха в дълбочина, постоянно преследвайки цели като високо качество на лъча, висока стабилност, дълъг живот, къси импулси и регулируеми дължини на вълните. През този период лазерната технология постигна ползотворни резултати, много от които имат значителна приложна стойност и достигнаха напреднали международни нива. Представителните постижения включват:
1. Измерване на разстояние и сателитно измерване Ново поколение практични системи за измерване на разстояние е пуснато в употреба и е изпълнило планираните важни задачи. Сред тях теодолитите с лазерен филм 718 и G-179 бяха пуснати в употреба и успешно изпълниха задачите; първият полеви тест на радар за пълно лазерно проследяване и определяне на разстоянието беше успешен; първият практически инфрачервен лазерен радар (G-168) е проектиран и финализиран и предаден на потребителите; масово се произвеждат тактически военни лазерни далекомери (артилерийски, танкови, ръчни). Изградена е и въведена в експлоатация лазерна система за изкуствен спътник от трето поколение, която е достигнала международни стандарти. Точността на определяне на обхвата на рубиновата SLR система от първо поколение е метър, точността на YAG Q-switched лазера от второ поколение е дециметрово ниво, а точността на лазера със заключен режим от трето поколение плюс микрокомпютърна система е на ниво сантиметър на разстояние, по-голямо от 8,000 километра. Създадени са станции в Шанхай, Ухан, Чанчун, Пекин и др., образуващи Китайската мрежа, а данните участват в международен обмен.
2. Лазерен драйвер с инерционен термоядрен синтез (ICF) - серия "Shenguang" Под ръководството на Wang Ganchang и Wang Daheng, Китайската академия на науките и Китайската академия по инженерна физика започнаха съвместно да се справят с ключови проблеми през 1980 г., предприеха разработката на лазерната система от серията "Shenguang" и физическите експерименти на ICF и постигна международно признати постижения. Сред тях лазерното устройство "Shenguang-I" е построено през 1986 г. с изходна мощност от 2 трилиона вата, достигайки напредналото ниво на подобни международни устройства. "Shenguang-I" е в експлоатация в продължение на 8 последователни години и е постигнал редица физически резултати от световна класа в авангардни области като ICF и рентгенови лазери. През 90-те години на миналия век беше разработен и предстои да бъде пуснат в експлоатация апаратът "Шенгуан-II" с четири пъти по-голям мащаб и по-модерна производителност. През 1995 г. ICF беше одобрен като проект в плана "863" и започна да разработва гигантски лазерен драйвер през века - устройството "Shenguang-III". Цялостният дизайн и ключовите технологични изследвания са постигнали серия от резултати на високо ниво.
3. Нови лазери Два високомощни химически лазера с непрекъсната вълна, 38-микронен флуордеутериев лазер (DF) и 1315-микронен кислородно-йоден лазер с къса дължина на вълната (COIL), са направили пробиви, като мощността и качеството на лъча са на второ място след Съединените щати, достигайки настоящото международно ниво. По отношение на рентгеновите лазери, механизмът на сблъсък на неоново-германиеви меки рентгенови лазери (дължини на вълните от 23,2 нанометра и 23,6 нанометра) са постигнали насищане на усилването и имат качество на лъча, близко до границата на дифракция, класирайки се на водещо международно ниво ; изследването на рентгеновите лазери с комбинирана помпа е получило серия от нови спектрални линии, докладвани за първи път в света, и е достигнало къса дължина на вълната от 4,68 нанометра. Лазерите със свободни електрони и регулируемите лазери с множество дължини на вълните също постигнаха задоволителен напредък.
4. Чисто новите китайски кристали стават глобални Кристалите BBO, LBO в моята страна, както и KTP, титанов сапфир и други кристали, изобретени от Китай, се радват на висока репутация на международния пазар заради отличното си качество и заемат определен дял.
Въпреки че прототипът на лазерната индустрия се е появил в обработката (лазерно пробиване), медицинското оборудване и измерването на разстояния още през 60-те години на миналия век, това е само спорадично и разпръснато научноизследователско и развойно производство по това време и не успява да формира климат . Едва след реформата и отварянето, когато Китай наистина получи внимание и започна значително, особено под политическата ориентация на „разработване на високи технологии и осъществяване на индустриализация“, моята страна имаше истинска лазерна индустрия.
През януари 1987 г. беше създадена Китайската асоциация на оптичната промишленост и по-късно преименувана на Китайската асоциация на оптичната и оптоелектронната промишленост, която има лазерен клон. Според статистическите данни от проучването на индустриалната асоциация за състоянието на лазерната индустрия в моята страна през 1998 г. в страната има около 100 основни производствени единици за лазерни продукти с 6400 служители и средни продажби от 125 000 юана на човек, разпространени главно в Хубей, Пекин и Шанхай. Лазерната индустрия в моята страна се увеличи от 100 милиона юана през 1988 г. на 800 милиона юана през 1998 г., със среден годишен ръст от 22,3%, а общите продажби за 10 години достигнаха 4,12 милиарда юана. През 1998 г. износът достига 11,2 милиона щатски долара, което представлява 11,6% от общата стойност.