201110131618雷射管及雷射器初始區別與發展概論下-雷射雕刻機 雷射切割機 CO2雷射 半導體雷射雕刻機 YAG雷射打標機

雷射管及雷射器初始區別與發展概論(下)

二、日本雷射初始

70年初日本光電產業技術協會公佈日本雷射光電產能年產值。按美國光電工業發展協會看法,日本在顯示器、光電存儲、光電通訊及硬式Copy組成的光電產業中已超過了美國和歐洲,在世界上占主導地位。也可以看出日本雷射加工設備及醫療設備則占比例極小。在80年代初雷射加工設備曾占日本光電產業總產值37%,後來由於光電存儲、光電通訊、顯示器及半導體雷射器迅速發展,十多年來已發生了很大的變化。八十年代初,日本產業界積極採用雷射加工,並逐步擴大到焊接。統計日本占當今世界上工業用雷射設備30%左右,雷射加工是日本重要基礎製造技術之一。日本現用於材料加工是大功率CO2雷射器和NdYAG雷射器,少量準分子雷射器也已使用,而新開發氣體雷射器有波長10.6微米CO2雷射器、波長5微米一氧化碳雷射器、波長1.3 微米碘雷射器及二極體激厲固態雷射器紫外準分子雷射器等。現二氧化碳雷射器功率多為500W,而理論上可高達100KW,近期已達到 20kW。且其功率越大,效果越好,故日本對二氧化碳雷射器開發研究寄以期望。大功率一氧化碳雷射器是日本業創造研究所和三菱重工聯合研製,89年實現了連續4小時5kW,短時間達7kW振盪輸出。93年其輸出功率已達到 20kW,它在切割焊接中正嶄露頭角,而高功率碘雷射器是日本產業創造研究和川崎重工一起開發,1989年實現了近紅外振盪,屬化學雷射器,特徵是振盪效率極高,5kW一氧化碳雷射器、1kW碘雷射器裝置已設立在924月成立雷射應用工學中心。弧光燈激厲固態雷射器放大都為3kW,因其存在功率增大導致光束發散角偏大和脈波振盪重複頻率低缺點,日本正努力研製半導體激厲YAG雷射器來取而代之。1kW二極體激厲YAG雷射器由正由日本國立研究所製成。

大功率準分子雷射器及其在材料加工中應用開發研究引起極大興趣。它可利用短波長高能光子不產生熱量分子水準加工。日本通產省工業技術院提出18家民間企業與3所國製成2kWXecl準分子雷射設備。雷射加工切割靈活性、高精、高速、高可靠性、高效率等優點,不僅在薄板工業上,而且在金屬、塑膠、陶瓷業中也廣為使用。最近5軸或6軸三D雷射切割自動化機器已在日本汽車、機械、電機重工中大顯身手。雷射焊接在日本電子、電機、汽車、車輛零部件,OA機器等小件、大量生產中得到迅速發展,是本產業界生產線上成功應用雷射焊成為世界所矚目。如汽車車體製造日本大膽採用坯料時就將薄鋼板實施雷射焊接後沖壓成型新方法,現為全球絕大多數汽車廠家所仿效。日本以5kW10kW二氧化碳雷射焊代替了閃光對焊進行製鋼業軋鋼捲材連接。在薄、中厚板鋼管、進階薄型不鏽鋼製造時,與高頻電焊、TIG焊相結合,保證了穩定性。日本致力於雷射超薄板焊接研究,如板厚100微米以下箔片,無法熔焊,但透過有特殊輸出功率波形YAG雷射焊得以成功,顯示了雷射廣闊前途。日本自豪的是在世界上首次成功開發了將YAG雷射焊用於核回應堆中蒸氣發生器細管維修,這是日本最大利用YAG雷射(波長1.06微米)以石英光纖遙控傳輸和集周邊設備之大成尖端技術。隨著今後3kW以上高功率、高亮度且控制維修性皆佳的YAG雷射器和新一代二極體雷射激厲大功率固態雷射器誕生,軟硬體配套,預計這領域雷射技術還會有新突破。

日本雷射加工機年銷售額為558 億日元,YAG雷射加工機年銷售額為177億日元,總計為735億元日CO2雷射加工機主要應用於切割和打孔(占總台數的94.8%),焊接(2.8%);而YAG雷射加工機主要應用於標印(34.5% ),焊接(27.7%),微調(10%)和切割、打孔(8.9%)。日本生產CO2雷射器廠商有60家,生產CO2雷射加工機主要製造廠商為三菱、松下、AmadaMazak等,占日本雷射加工市場70%左右。另外德國Rofin-Sinar雷射和日本Marubeni Nippei Toyama合資經營;德國Trumpf雷射技術和日本石川島播磨重工合資經營,這表明德國CO2雷射加工機已進入了日本雷射加工市場。日本生產YAG雷射器有日本電氣、富士電視、東芝等30家生產廠家。約70-80%CO2雷射器用於切割,約有70%YAG雷射器用於電子工業。另外日本已建立了2500家雷射加工廠。近年,以每年新200-300家速度在遞增。日本雷射醫療始於Ar雷射眼底凝固、外科二氧化碳雷射刀、內科NdYAG雷射內窺鏡等迎來了光能熱利用雷射醫療第一代。

隨著雷射技術進步,雷射化學效益治療法誕生,開闢了雷射醫療大道,現今所有醫療領域中都應用了雷射。日本利用NdYAG倍頻雷射(532nm)醫用雷射器,其基波功率為60W,調諧波功率約20W,透過KTP變換波長,已在醫療上廣泛使用。日本利用雷射治療癌症十分積極,主要是Ar雷射激厲、閃光燈激厲、準分子激厲雷射器。隨著光纖技術發展,它們切開治療體腔內癌劃時代新手法,還能治療血管狹窄、閉塞、給心臟外科帶來革命。光纖腹腔鏡已順利走上應用軌道,而不動手術腹腔內疾患雷射治療法,對高齡人口架構的日本具有重要、現實意義。準分子紫外光束有良好化學效應,適宜於非熱性切開、切除、並能抑止紅外光束所常見 “超尖端加工系統”,是以準分子雷射和離子束為中心工具,其目標是研開熱變性和炭化新技術。波長780-830nm,功率10-1200mWGaAlAs雷射器用眼科白內障、眼瞼異常治療、外科皮膚肌肉切開、神經科神經纖維伸長抑制、循環系的血流、皮膚溫度控制、減輕疼痛等。不久將來,半導體雷射激厲小型雷射器一旦實現,雷射醫療應用將會出現飛躍。自由電子雷射器將是今後醫療領域台柱,是未來醫用雷射設備代表。雷射醫療主要課題是治癌,並為治療愛滋病、疑症帶來福音。日本雷射醫學研究雖然比較活躍,但是從日本光電產業技術協會發表統計數字來看,日本醫用雷射裝置的總產值約30億日元,按目前美元對日元的比價,在日本光電子設備中所占份額是最小的。

三、德國雷射初始

歐洲雷射產業發展最快是德國,特別是雷射材料加工方面處於世界領先地位。德國提出了雷射研究與雷射技術資助重點BMFT資助計畫,在這期間實際投資為262百萬馬克,資助重點與經費分發為︰雷射器與元件36%,應用技術與系統集成48.9%,雷射測量與雷射分析12.2%,其它2.3%;也就是說約72%經費用於雷射材料加工(光源、元件、系統和方法)。承擔課題有科研集團(FHG MPGGFE6科研所,9大雷射中心,高校研究所中30個科研組,共約900名科研人員參加。在這期間建立比較著名研究所和中心有︰夫朗和費雷射技術研究所、柏林固體雷射研究所、漢諾威雷射中心、斯圖加特光束應用研究中心等。

根據德國機械製造協會─雷射材料加工工作聯盟統計,用於材料加工光源(CO2)和YAG雷射器,總共生產近2000台,產值1.65億馬克,增長13%;雷射器件台數增長了39%。特別是用於標印和牙科方面小功率雷射器即YAG雷射器出現了超比例成長率。因此德國用於加工技術雷射器,高於以前任何時期。用於材料加工光源,德國企業(主要是Rofin-sinar雷射、Trumpf雷射技術、Haas固體雷射、Lambda Physik等)幾乎占了世界市場40%,處於領先地位。雷射光源方面CO242%Nd:YAG35%;雷射系統方面CO2雷射加工系統占56%YAG 雷射加工系統占40%CO2雷射加工系統Trumpf是自行配套,而Rofin-Sinar則與格瑞斯海姆合作配套,已形成 Lascontur系列雷射加工機。德國雷射工業仍處於上升階段。

德國為推展雷射加工技術,除建立9國家級雷射中心外,還大量建立雷射加工廠;同時在大、中、小型企業積極建立雷射加工生產線,例如大眾汽車廠齒輪雷射加工生產線;賓士汽車廠共有18個廠房,其中有8廠房安裝了雷射加工生產線;Thyssen鋼鐵轎車底板雷射拼焊生產線;西門子建立線包引線雷射點焊生產線,接觸器鐵芯、銜鐵雷射焊接生產線,積體電路雷射微調生產線及半導體矽片雷射毛化及退火生產線等。

*符合相對光波長雷射用波長來區分的話,雷射有相當多種樣式區分。

藍雷射:473nm

綠雷射:532/556nm

紅雷射:671/635nm

雷射(laser)是指受電激發輻射產生光使其放大,是種高優質光源模式。

 

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