激光發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)分析 可分為連續(xù)激光電源與脈沖激光電源兩種

• 李芬珍子 2023年9月7日 來源：中研網(wǎng) 545 30
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激光發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)分析

一、激光器技術(shù)分析

近幾年來，我國經(jīng)濟(jì)在轉(zhuǎn)型升級(jí)中步入中高速發(fā)展的"新常態(tài)"，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)逆勢上行，逐漸成為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長的兩大"新引擎"。工業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)超越傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，激光加工技術(shù)與裝備作為現(xiàn)代化高科技加工手段，越來越多的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)依靠激光加工技術(shù)，提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量或解決傳統(tǒng)加工方法和工藝不能解決的難題，高技術(shù)、高成長的激光產(chǎn)業(yè)如日中天，激光技術(shù)的應(yīng)用和技術(shù)改造令部分傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生機(jī)煥發(fā)、重拾升勢，正如此，使得我國激光加工產(chǎn)業(yè)經(jīng)過10年的黃金期發(fā)展，并取得可喜的成果。

中功率市場國產(chǎn)光纖激光器2015年度已經(jīng)有近千臺(tái)銷售，并被廣泛應(yīng)用于金屬薄板切割和焊接;可以預(yù)見，未來中功率市場將會(huì)發(fā)展迅速并爆發(fā)，是一個(gè)完全競爭的市場。未來兩年內(nèi)，將占據(jù)市場主要份額，并超過進(jìn)口激光器，今后中功率市場以國產(chǎn)為主。

在高功率方面，國外進(jìn)口仍占據(jù)了大部分高端市場。目前，國產(chǎn)千瓦光纖激光器已經(jīng)進(jìn)入市場實(shí)現(xiàn)銷售，隨著質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)，本土化優(yōu)勢會(huì)越來越明顯，市場占有率在今后幾年會(huì)有較大幅度的增加，并逐步接近國際先進(jìn)水平。

高亮度直接半導(dǎo)體激光器進(jìn)展迅速。由于其光電轉(zhuǎn)化效率高，使用成本低、體積小等優(yōu)勢，高亮度直接半導(dǎo)體激光器作為一種新型的光源，不久將會(huì)出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用上，主要用于薄板切割領(lǐng)域，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。

我國激光產(chǎn)業(yè)正在集群化發(fā)展。激光產(chǎn)業(yè)將更加集中在湖北、北京、江蘇、上海、和廣東(主要是深圳)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省市，同時(shí)區(qū)域競爭將更加激烈。近兩年科技部正在建設(shè)"溫州激光與光電產(chǎn)業(yè)集群"，鞍山建設(shè)"遼寧(鞍山)激光產(chǎn)業(yè)基地"。激光產(chǎn)業(yè)界并購重組盛行，激光產(chǎn)業(yè)"大者恒勝"的局面不會(huì)在短期內(nèi)發(fā)生改變。

從國內(nèi)看，我國政府高度重視激光技術(shù)發(fā)展工作，激光技術(shù)是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》的重要內(nèi)容，也是《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南(2013年度)》明確的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。地方政府在各地激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期也進(jìn)行了有力的政策扶持，如湖北在加快武漢光谷發(fā)展方面了發(fā)揮了重要作用。

目前，全國形成了武漢、長春、深圳等激光產(chǎn)業(yè)基地，發(fā)展出團(tuán)結(jié)激光、大族激光、華工激光等龍頭企業(yè)。從技術(shù)水平看，目前高端產(chǎn)品和市場基本上被國外產(chǎn)品壟斷，高功率光纖激光器主要依賴進(jìn)口，并受到很多限制。

在激光顯示領(lǐng)域，國內(nèi)激光顯示技術(shù)的研究與世界同步，中科院光電研究院聯(lián)合國內(nèi)幾家研究所已經(jīng)推出了激光電視的樣機(jī)，中國科學(xué)院長春光機(jī)所利用三片式DLP投影方式構(gòu)建了適合激光顯示的光學(xué)引擎，并成功地研制出了157cm激光背投影彩色電視樣機(jī)，北京中視中科光電技術(shù)有限公司是國內(nèi)進(jìn)行激光顯示研發(fā)的企業(yè)已成功開發(fā)出全球首臺(tái)符合國際DCI標(biāo)準(zhǔn)的激光數(shù)字電影放映機(jī)，在北京成立全球首家激光影廳，激光電視樣機(jī)也已經(jīng)研制成功并演示，但是作為核心器件的紅綠藍(lán)激光器均為全固態(tài)激光器，體積大成本高，并且穩(wěn)定性較差。中科院上海光機(jī)所大恒公司也于2012年推出了第一臺(tái)150英寸激光電視樣機(jī)，并成功推出無縫拼接環(huán)幕激光投影大屏幕，這些產(chǎn)品都已經(jīng)在子公司得到產(chǎn)業(yè)化推廣，并已經(jīng)著手建設(shè)國內(nèi)第一條紅藍(lán)綠激光器封裝生產(chǎn)線，就激光顯示關(guān)鍵技術(shù)展開了深入的研究。

中科院上海光機(jī)所大恒公司在全固態(tài)綠光激光器襯底材料和器件方面的研究國內(nèi)領(lǐng)先，目前正在與國外開發(fā)團(tuán)隊(duì)合作，通過引進(jìn)人才的方式開展半導(dǎo)體綠光激光器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，未來半導(dǎo)體綠光激光器將成為激光顯示行業(yè)的最關(guān)鍵瓶頸技術(shù)之一。

二、激光電源技術(shù)分析

激光電源分類

目前按照工作方式不同可分為連續(xù)激光電源與脈沖激光電源兩種

(1)連續(xù)激光電源

連續(xù)激光電源是一種高性能自動(dòng)引燃恒流電源。

電源以定頻調(diào)寬的方式，實(shí)現(xiàn)高精度的恒流輸出。輸出電流波紋小，穩(wěn)定度高。引燃部分采用串聯(lián)高壓包引弧，LC次高壓接力，低壓恒流接續(xù)電弧電流的三級(jí)續(xù)流方式，配合點(diǎn)火監(jiān)測電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，使一次點(diǎn)火成功率高達(dá)99%以上。高壓脈沖波形上升和緩，強(qiáng)度可以分級(jí)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同氪燈擊穿電壓的分散性，同時(shí)也可以減小電極材料的濺射，減少高壓觸發(fā)對(duì)氪燈使用壽命的不良影響。

(2)連續(xù)激光電源

脈沖激光電源是專門為脈沖Nd：YAG激光器設(shè)計(jì)的電源。采用開關(guān)電源，內(nèi)部是由單片機(jī)控制的，是真正的數(shù)控電源。通過觸模式操作面板選擇激光輸出功率、頻率和脈寬等參數(shù)，用戶通過鍵盤對(duì)激光脈沖波形和參數(shù)進(jìn)行編程，使焊接參數(shù)與焊接要求相匹配，以達(dá)到最佳的焊接效果，因而可以滿足幾乎所有金屬的焊接需要，是多功能激光焊接機(jī)的理想配置，具有誤操作和超溫自動(dòng)保護(hù)功能等功能。

CO2激光電源的發(fā)展

當(dāng)前CO2激光器及其雕刻機(jī)的應(yīng)用逐漸增多。盡管激光電源電路結(jié)構(gòu)形式繁多，使用元器件種類五花八門，但歸納起來也不外乎就是：開關(guān)電源、控制電路、保護(hù)電路與高壓包等環(huán)節(jié)的有機(jī)組合。

三、其他關(guān)鍵技術(shù)分析

1、軟件技術(shù)分析

隨著激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為影雕走上產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。

目前激光技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到影雕加工中，并把圖像的影雕處理集成到激光加工CAD/CAM軟件中。

國內(nèi)外對(duì)各種切割技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年，但研究得更多的是各種切割技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題，而對(duì)切割CAD/CAM的研究還很少.針對(duì)激光加工特點(diǎn)，數(shù)控激光加工機(jī)有切割和影雕兩種加工方式。影雕是以早年的“針黑白”工藝為基礎(chǔ)而發(fā)展并創(chuàng)新的新工藝，它具有濃厚的文化內(nèi)涵、精美的成品效果，是一種新興的產(chǎn)業(yè).然而，由于傳統(tǒng)加工水平和加工方式的限制，使它很難進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化的發(fā)展，隨著激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為影雕走上產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路.本文將激光技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到影雕加工中，并把圖像的影雕處理集成到激光加工CAD/CAM軟件中。

2、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)分析

激光焊接通常需要20%至50%的全過程周期時(shí)間。掃描頭的使用可以大大減少在生產(chǎn)過程中的非生產(chǎn)時(shí)間，使焊接速度加快90%以上。

然而，單獨(dú)使用第三方軟件和控制系統(tǒng)可能降低生產(chǎn)能力。問題可能發(fā)生在工藝加工過程中或者同一產(chǎn)品適用不同參數(shù)時(shí)。

技術(shù)操作者的職責(zé)是確保在不同的激光和掃描器的參數(shù)控調(diào)整匹配。不匹配的參數(shù)可能導(dǎo)致掃描鏡移動(dòng)在激光出光或者激光觸發(fā)太快時(shí)，導(dǎo)致錯(cuò)過了焊縫。

JK激光器已經(jīng)開發(fā)了一套完整的集成系統(tǒng)，自我優(yōu)化和先領(lǐng)先的掃描控制系統(tǒng)和軟件，消除了計(jì)時(shí)問題，提高了加工時(shí)間效率，并降低了操作的復(fù)雜性。

這套系統(tǒng)適用于任何JKTM光纖激光器和燈泵浦激光器。系統(tǒng)包含機(jī)架固定件和集成電腦控制單元、掃描儀掃描控制器，電源和激光接口電路。根據(jù)現(xiàn)在使用的激光器情況來看，這款軟件是JK激光器的圖形用戶界面應(yīng)用程序Laser View TM或Fiber View TM的增強(qiáng)版本。

掃描頭的用戶界面模塊的無縫集成與本軟件提供經(jīng)營者的畫布上的焊接工藝開發(fā)。該軟件還具有獨(dú)特的模擬模式，顯示激光將采取實(shí)時(shí)的確切路徑。這使用戶能夠通過移動(dòng)鏡子查看實(shí)際生產(chǎn)過程中的位置發(fā)展的掃描配置文件。

《2023年版激光產(chǎn)業(yè)規(guī)劃專項(xiàng)研究報(bào)告》由中研普華激光行業(yè)分析專家領(lǐng)銜撰寫，主要分析了激光行業(yè)的市場規(guī)模、發(fā)展現(xiàn)狀與投資前景，同時(shí)對(duì)激光行業(yè)的未來發(fā)展做出科學(xué)的趨勢預(yù)測和專業(yè)的激光行業(yè)數(shù)據(jù)分析，幫助客戶評(píng)估激光行業(yè)投資價(jià)值。

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  產(chǎn)業(yè)規(guī)劃一般包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)特征分析、產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展定位、產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)方向、產(chǎn)業(yè)空間引導(dǎo)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策等。隨著中國對(duì)外開放程度的深化，經(jīng)濟(jì)全球化和區(qū)域化對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響顯...

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