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深度解讀

回顧中國(guó)激光技術(shù)的發(fā)展歷史

星之球科技 來(lái)源:http://www.laser568.com2015-10-09 我要評(píng)論(0 )   

從1961年中國(guó)第一臺(tái)激光器宣布研制成功至今,在全國(guó)激光科研、教學(xué)、生產(chǎn)和使用單位共同努力下,我國(guó)形成了門類齊全、水平先進(jìn)、應(yīng)用廣泛的激光科技領(lǐng)域,并在產(chǎn)業(yè)化上...

 “激光”一詞是“LASER”的意譯。LASER原是Light amplification by stimulated emissi on of radiation取字頭組合而成的專門名詞,在我國(guó)曾被翻譯成“萊塞”、“光激射器” 、“光受激輻射放大器”等。1964年,錢學(xué)森院士提議取名為“激光”,既反映了“受激輻射”的科學(xué)內(nèi)涵,又表明它是一種很強(qiáng)烈的新光源,貼切、傳神而又簡(jiǎn)潔,得到我國(guó)科學(xué)界的一致認(rèn)同并沿用至今。

 

從1961年中國(guó)第一臺(tái)激光器宣布研制成功至今,在全國(guó)激光科研、教學(xué)、生產(chǎn)和使用單位共同努力下,我國(guó)形成了門類齊全、水平先進(jìn)、應(yīng)用廣泛的激光科技領(lǐng)域,并在產(chǎn)業(yè)化上取得可喜進(jìn)步,為我國(guó)科學(xué)技術(shù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)作出了積極貢獻(xiàn),在國(guó)際上了也爭(zhēng)得了一席之地。

 

一、我國(guó)早期激光技術(shù)的發(fā)展

 

1957年,王大珩等在長(zhǎng)春建立了我國(guó)第一所光學(xué)專業(yè)研究所——中國(guó)科學(xué)院(長(zhǎng)春)光學(xué)精密儀器機(jī)械研究所(簡(jiǎn)稱“光機(jī)所”)。在老一輩專家?guī)ьI(lǐng)下,一批青年科技工作者迅速成長(zhǎng),鄧錫銘是其中的突出代表。早在1958年美國(guó)物理學(xué)家肖洛、湯斯關(guān)于激光原理的著名論文發(fā) 表不久,他便積極倡導(dǎo)開展這項(xiàng)新技術(shù)研究,在短時(shí)間內(nèi)凝聚了富有創(chuàng)新精神的中青年研究隊(duì)伍,提出了大量提高光源亮度、單位色性、相干性的設(shè)想和實(shí)驗(yàn)方案。1960年世界第一臺(tái)激光器問(wèn)世。1961年夏,在王之江主持下,我國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器研制成功。此后短短幾年內(nèi),激光技術(shù)迅速發(fā)展,產(chǎn)生了一批先進(jìn)成果。各種類型的固體、氣體、半導(dǎo)體和化學(xué)激光器相繼研制成功。在基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)方面、一系列新概念、新方法和新技術(shù)(如腔的Q突變及轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、行波放大、錸系離子的利用、自由電子振蕩輻射等)紛紛提出并獲得實(shí)施,其中不少具有獨(dú)創(chuàng)性。

 

同時(shí),作為具有高亮度、高方向性、高質(zhì)量等優(yōu)異特性的新光源,激光很快應(yīng)用于各技術(shù)領(lǐng)域,顯示出強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。通信方面,1964年9月用激光演示傳送電視圖像,1964年11月實(shí)現(xiàn)3~30公里的通話。工業(yè)方面,1965年5月激光打孔機(jī)成功地用于拉絲模打孔生產(chǎn),獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。醫(yī)學(xué)方面,1965年6月激光視網(wǎng)膜焊接器進(jìn)行了動(dòng)物和臨床實(shí)驗(yàn)。國(guó)防方面,1965年12月研制成功激光漫反射測(cè)距機(jī)(精度為10米/10公里),1966年4月研制出遙控脈沖激光多普勒測(cè)速儀。

 

我國(guó)各類激光器的“第一臺(tái)”

 

名     稱                                     研制成功時(shí)間                 研  制 人

 

He-Ne激光器                            1963年7月                       鄧錫銘等

 

摻釹玻璃激光器                      1963年6月                      干福熹等

 

GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器     1963年12月                    王守武等

 

脈沖Ar+激光器                       1964年10月                     萬(wàn)重怡等

 

CO2分子激光器                      1965年9月                       王潤(rùn)文等

 

CH3I化學(xué)激光器                     1966年3月                       鄧錫銘等

 

YAG激光器                             1966年7月                       屈乾華等

 

可以說(shuō),在起步階段我國(guó)的激光技術(shù)發(fā)展迅速,無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量,都和當(dāng)時(shí)國(guó)際水平接近,一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)能夠如此迅速趕上世界先進(jìn)行列,在我國(guó)近代科技發(fā)展史上并不多見。這些成績(jī)的取得,尤其是能夠把物理設(shè)想、技術(shù)方案順利地轉(zhuǎn)化成實(shí)際激光器件,主要得力于光機(jī)所多年來(lái)在技術(shù)光學(xué)、精密機(jī)械和電子技術(shù)方面積累的綜合能力和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一項(xiàng)新技術(shù)的開發(fā),沒有足夠的技術(shù)支撐是很難形成氣候的。

 

二、重點(diǎn)項(xiàng)目帶動(dòng)激光技術(shù)的發(fā)展

激光科技事業(yè)從一開始就得到了領(lǐng)導(dǎo)和科學(xué)管理部門的高度重視。當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)張勁夫提出建立專業(yè)激光研究所的設(shè)想,很快得到國(guó)家科委、國(guó)家計(jì)委的批準(zhǔn)。主管科技的聶榮臻副總理還特別批示:研究所要建在上海,上海有較好的工業(yè)基礎(chǔ),有利于發(fā)展這一新技術(shù)。1964年,我國(guó)第一所,也是當(dāng)時(shí)世界上第一所激光技術(shù)的專業(yè)研究所——中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(簡(jiǎn)稱“上海光機(jī)所”)成立。當(dāng)年12月在上海召開全國(guó)激光會(huì)議,張勁夫、嚴(yán)濟(jì)慈出席并主持會(huì)議,140位代表提交了103篇學(xué)術(shù)報(bào)告。

 

1964年啟動(dòng)的“6403”高能釹玻璃激光系統(tǒng)、1965年開始研究的高功率激光系統(tǒng)和核聚變研究,以及1966年制定的研制15種軍用激光整機(jī)等重點(diǎn)項(xiàng)目,由于技術(shù)上的綜合性和高難度,有力地牽引和帶動(dòng)了激光技術(shù)各方面在中國(guó)的發(fā)展。我國(guó)的激光科技事業(yè),雖然也遭遇了“文革”十年浩劫,但借助于重點(diǎn)項(xiàng)目的支撐,仍艱難地生存了下來(lái)并取得可貴的進(jìn)步。

 

1.“6403”高能釹玻璃激光系統(tǒng)

1964年啟動(dòng),最后從技術(shù)上判定熱效應(yīng)是根本性技術(shù)障礙,于1976年下馬。這一項(xiàng)目對(duì)發(fā)展高能激光技術(shù)有歷史貢獻(xiàn)是不可忽視的,它使我國(guó)激光技術(shù)的水平上了一個(gè)臺(tái)階。其成果主要表現(xiàn)在:(1)建成了具有工程規(guī)模的大口徑(120毫米)振蕩—放大型激光系統(tǒng),最大輸出能量達(dá)32萬(wàn)焦耳;改善光束質(zhì)量后達(dá) 3萬(wàn)焦耳。(2)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)技術(shù)集成,成功地進(jìn)行了打靶實(shí)驗(yàn),室內(nèi)10米處擊穿80毫米鋁靶,室外2公里距離擊穿0.2毫米鋁耙,并系統(tǒng)地研究了強(qiáng)激光輻射的生物效應(yīng)和材料破壞機(jī)理。(3)第一次揭示了強(qiáng)光對(duì)激光系統(tǒng)本身的光損傷現(xiàn)象和機(jī)制。(4)第一次深入和理解激光光束質(zhì)量的重要性和物理內(nèi)涵,采用了一系列提高光束質(zhì)量的創(chuàng)新性技術(shù),如萬(wàn)焦耳級(jí)非穩(wěn)腔激光器、片狀激光器、振蕩—掃瞄放大式激光系統(tǒng)、尖劈法光束質(zhì)量診斷等。(5)激光元器件和支撐技術(shù)有了突破性提高,如低吸收高均勻性釹玻璃熔煉工藝、高能脈沖氙氣、高強(qiáng)度介質(zhì)膜、大口徑(1.2米)光學(xué)精密加工等。(6)培養(yǎng)和造就 了一批技術(shù)骨干隊(duì)伍。

 

2. 高功率激光系統(tǒng)和核聚變研究

1964年王淦昌獨(dú)立提出激光聚變倡議,1965年立項(xiàng)開始研究。經(jīng)幾年努力,建成了輸出功率10(上標(biāo)10)瓦的納秒級(jí)激光裝置,并于1973年5月首次在低溫固氘靶、常溫氘化鋰靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我國(guó)第一臺(tái)多程片狀放大器,把激光輸出功率提高了10倍,中子產(chǎn)額增加了一個(gè)量級(jí)。在國(guó)際上向心壓縮原理解密后,積極跟蹤并于1976年研制成六束激光系統(tǒng),對(duì)充氣玻殼靶照射,獲得了近百倍的體壓縮。這一系列的重大突破,使我國(guó)的激光聚變研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列,也為以后長(zhǎng)期的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

 

3. 軍用激光

1966年12月,國(guó)防科委主持召開了軍用激光規(guī)劃會(huì),48個(gè)單位130余人參加,會(huì)議制定了包括含15種激光整機(jī)、9種支撐配套技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。雖未正式批準(zhǔn)生效,但仍起了有益的推動(dòng)作用。此后的幾年內(nèi),這一領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批重要成果。例如:(1)靶場(chǎng)激光距技術(shù)初試成功:采用重復(fù)頻率為20赫茲的YAG 調(diào)Q激光器,測(cè)距精度優(yōu)于2米,最遠(yuǎn)測(cè)量距離達(dá)660公里,加在經(jīng)緯儀上,可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行目標(biāo)的單站定軌。這一成果為以后完成洲際導(dǎo)彈再入段軌跡測(cè)量創(chuàng)造了必要條件。(2)紅寶石激光人造衛(wèi)星測(cè)距:成功地對(duì)美國(guó)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星Expl-27號(hào)、29號(hào)和36號(hào)進(jìn)行了測(cè)量、最遠(yuǎn)可測(cè)距離為2300公里,精度2米左右。這是第一代人造衛(wèi)星的測(cè)距成果,為以后更遠(yuǎn)距離、更高精度的人造衛(wèi)星測(cè)距打下了基礎(chǔ)。(3)紅寶石激光雷達(dá)和機(jī)載紅外激光雷達(dá),首次實(shí)現(xiàn)了地—空和空—空對(duì)飛機(jī)的跟蹤測(cè)距。(4)激光航測(cè)儀:將激光測(cè)距機(jī)和航空照相機(jī)組合,由飛機(jī)機(jī)載對(duì)地航測(cè),完成對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)等復(fù)要地形的測(cè)繪。重復(fù)率6次/分,測(cè)距精度1米。(5)地炮激光測(cè)距機(jī):可獨(dú)立完成觀察、測(cè)距、測(cè)角(方向和高低角)及磁針定向等功能。測(cè)距范圍300-10000米,精度5米。

 

在激光應(yīng)用方面,Nd:YAG激光通信(3-12路)、He-Ne激光通信、單路/三路半導(dǎo)體激光通信在通信試驗(yàn)中已獲得成功;Nd:YAG激光手術(shù)刀、 CO2激光手術(shù)刀、激光虹膜切除儀等醫(yī)療設(shè)備也已投入使用;激光全息攝影、激光全息在平面光彈中的應(yīng)用,脈沖激光動(dòng)態(tài)全息照相和拉曼分光光度計(jì)已成為計(jì)量科學(xué)的新手段;數(shù)控激光切割機(jī)、激光準(zhǔn)直儀、激光分離同位素硫、用于農(nóng)業(yè)研究的液體激光器、大屏幕導(dǎo)航顯示器等成果也在工農(nóng)業(yè)中獲得了應(yīng)用。

 

1978年3月召開的全國(guó)科學(xué)大會(huì)上,獲得獎(jiǎng)勵(lì)的激光項(xiàng)目有近80項(xiàng),其中民品約70項(xiàng),軍品約10項(xiàng),綜合地反映了我國(guó)激光技術(shù)發(fā)展在這一時(shí)期的成績(jī)。

 

三、改革開放后取得前所未有的進(jìn)步

改革開放以來(lái),激光技術(shù)獲得了空前發(fā)展的機(jī)遇。20多年來(lái),面向應(yīng)用,面向世界,面向未來(lái),激光科技事業(yè)取得了前所未有的進(jìn)步,涌現(xiàn)出一批國(guó)際先進(jìn)水平的成果,為邁向21世紀(jì) 打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 

1980年5月,分別在上海、北京舉行了第一次國(guó)際激光會(huì)議,與會(huì)代表218人(國(guó)外66人),宣讀113篇報(bào)告(國(guó)外65篇),鄧小平同志親切接見了與會(huì)中外代表。1983年在廣州和1986年在廈門又舉行了第二次、第三次國(guó)際會(huì)議,改變了我國(guó)的激光技術(shù)多年來(lái)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)的局面,開始走向世界。一大批年輕科技人才出國(guó)進(jìn)修,其中相當(dāng)一部分優(yōu)秀人才學(xué)成歸國(guó)。

 

為了形成高水平的研究開發(fā)中心,對(duì)科研隊(duì)伍和布局進(jìn)行了積極調(diào)整,先后成立了一批國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、開放實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家工程研究中心和產(chǎn)學(xué)研組織。由于擁有國(guó)際先進(jìn)的儀器設(shè)備和設(shè)施,聚集了高水平的科技人才,又有較為靈活的運(yùn)行機(jī)制,目前正在為激光科技成果轉(zhuǎn)化、創(chuàng)造自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和促進(jìn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)揮重要作用。

 

在多項(xiàng)國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略性科技計(jì)劃中,激光技術(shù)受到重視?!?63”計(jì)劃七大領(lǐng)域中有激光技術(shù)和光電子技術(shù)(包括用于信息領(lǐng)域的激光技術(shù)),1995年又增列了 “慣性約束聚變”主題。國(guó)防預(yù)研光電子技術(shù)作為跨部門項(xiàng)目正式立項(xiàng),其中也包括激光技術(shù)。國(guó)家“六五”和“七五”攻關(guān)計(jì)劃,激光技術(shù)被列為重大項(xiàng)目。此外,國(guó)家自然科學(xué)基金1986-1998年間年平均資助27.6個(gè)激光領(lǐng)域項(xiàng)目。這些由國(guó)家支持的計(jì)劃都經(jīng)過(guò)了充分論證和嚴(yán)格挑選,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有重要意義。許多激光科研單位也主動(dòng)進(jìn)行組織體制和運(yùn)行機(jī)制的改革,面向市場(chǎng)、鼓勵(lì)創(chuàng)新、大力促進(jìn)科技成果向商品轉(zhuǎn)化,取得了可喜成績(jī)。

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激光發(fā)展歷程王大衍激光系統(tǒng)激光技術(shù)
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