昨天我們一起了解了一下美國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況,今天我們?cè)賮?lái)了解一下日本激光技術(shù)的發(fā)展:
一、 早在1994年初日本光電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)公布了日本激光—光電子產(chǎn)業(yè)1992-1993年的產(chǎn)值,這里只介紹1993年的情況。1993年日本光電產(chǎn)業(yè)預(yù)測(cè)產(chǎn)值為37850億日元(若以110日本:1美元計(jì)算,則應(yīng)為344億美元),比1992年的35066億日元增長(zhǎng)7.9%。
二、光電子產(chǎn)業(yè)包括光電子設(shè)備和光電子元件兩部分,其中光電子設(shè)備為28086億日元(約255億元),光電子元件為9764億日元(約89億美元)。
1)從光電子設(shè)備的細(xì)目來(lái)看,光盤為14897億日元(占53%),光輸入輸出設(shè)備8462億日元(30%),光傳輸設(shè)備2446億日元(9%),光傳感器1005億日元(4%),激光加工設(shè)備420億日元(2%)。
2) 從光電子元件細(xì)目來(lái)看,顯示元件4787億日元(占49%),發(fā)光元件1387日元(包括激光器,占14%),光纖1269億日元(13%),光敏元件(光接近元件)1115億日元(11%),復(fù)合光元件572億日元(6%),光傳輸網(wǎng)絡(luò)163億日元(2%),太陽(yáng)能電池157億日元(2%)。
按美國(guó)光電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)的看法,日本在顯示器、光存儲(chǔ)、光通訊及硬拷貝組成的光電子產(chǎn)業(yè)中已超過了美國(guó)和歐洲,在世界上占主導(dǎo)地位。從上面的數(shù)字也可以看出日本的激光加工設(shè)備及醫(yī)療設(shè)備則占比例極小。在80年代初激光加工設(shè)備曾占日本光電產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的37%,后來(lái)由于光存儲(chǔ)、光通訊、顯示器及半導(dǎo)體激光器的迅速發(fā)展,十多年來(lái)已發(fā)生了很大的變化。
三、八十年代初,日本產(chǎn)業(yè)界積極采用激光加工,并逐步擴(kuò)大到焊接、釬焊。統(tǒng)計(jì)表明,日本占當(dāng)今世界上工業(yè)用激光設(shè)備的30%左右,激光加工是日本重要的基礎(chǔ)制造技術(shù)之一。日本現(xiàn)用于材料加工的是大功率二氧化碳激光器和Nd:YAG激光器,少量準(zhǔn)分子激光器也已使用,而新開發(fā)的氣體激光器有波長(zhǎng)10.6微米二氧化碳激光器、波長(zhǎng)5微米一氧化碳激光器、波長(zhǎng)1.3 微米的碘激光器及二極管激勵(lì)固體激光器的紫外準(zhǔn)分子激光器等。現(xiàn)在的二氧化碳激光器功率多為500W,而理論上可高達(dá)100KW,近期報(bào)導(dǎo)已達(dá)到20kW。且其功率越大,效果越好,故日本對(duì)二氧化碳激光器開發(fā)研究寄以期望。
四、大功率一氧化碳激光器是日本業(yè)創(chuàng)造研究所和三菱重工聯(lián)合研制的,89年實(shí)現(xiàn)了連續(xù)4小時(shí)5kW,短時(shí)間達(dá)7kW振蕩輸出。93年其輸出功率已達(dá)到20kW,它在切割焊接中正嶄露頭角,而高功率的碘激光器是日本產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造研究和川崎重工一起開發(fā)的,1989年實(shí)現(xiàn)了近紅外的振蕩,它是化學(xué)激光器,特征是振蕩效率極高,5kW一氧化碳激光器、1kW碘激光器裝置已設(shè)立在92年4月成立的激光應(yīng)用工學(xué)中心。
五、此外,弧光燈激勵(lì)固體激光器放大都為3kW,因其存在功率增大導(dǎo)致光束發(fā)散角偏大和脈沖振蕩重復(fù)頻率低的缺點(diǎn),日本正努力研制半導(dǎo)體激勵(lì)YAG激光器來(lái)取而代之。據(jù)報(bào)導(dǎo),1kW二極管激勵(lì)YAG激光器由正由日本國(guó)立研究所制成。
六、目前,大功率準(zhǔn)分子激光器及其在材料加工中的應(yīng)用開發(fā)研究引起人們極大興趣。它可利用短波長(zhǎng)高能光子不產(chǎn)生熱量的分子水平的加工。86年日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院提出的18家民間企業(yè)與3所國(guó)制成2kW級(jí)Xecl準(zhǔn)分子激光設(shè)備。
七、激光加工切割的靈活性、高精度、高速度、高可靠性、高效率等優(yōu)點(diǎn),不僅在薄板工業(yè)上,而且在金屬、塑料、陶瓷業(yè)中也廣為使用。最近5軸或6軸三維激光切割機(jī)器人已在日本汽車、機(jī)械、電機(jī)重工中大顯身手。
八、 同時(shí),激光焊接在日本電子、電機(jī)、汽車、車輛零部件,OA機(jī)器等小件、大批量生產(chǎn)中得到迅速發(fā)展。是本產(chǎn)業(yè)界生產(chǎn)線上成功應(yīng)用激光焊為世界所矚目。如在汽車車體制造中日本大膽采用有坯料時(shí)就將薄鋼板實(shí)施激光焊接后沖壓成型的新方法(Tailorcd Blank Welding),現(xiàn)已為世界上絕大多數(shù)汽車廠家所仿效。
九、日本以5kW及10kW二氧化碳激光焊代替了閃光對(duì)焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接。在薄、中厚板鋼管、高級(jí)薄型不銹鋼制造時(shí),與高頻電焊、TIG焊相結(jié)合,保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性。
十、日本致力于激光超薄板焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片,無(wú)法熔焊,但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功,顯示了激光焊的廣闊前途。日本引以為自豪的是在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修,這是日本最大限度地利用YAG激光(波長(zhǎng)1.06微米)能以石英光纖遙控傳輸和集周邊設(shè)備之大成的尖端技術(shù)。隨著今后3kW以上的高功率、高亮度且控制維修性皆佳的YAG激光器和新一代二極管激光激勵(lì)大功率固體激光器的誕生,軟硬件的配套,預(yù)計(jì)這一領(lǐng)域的激光技術(shù)還會(huì)有新的突破。
十一、 據(jù)1992年?yáng)|京大學(xué)研究與發(fā)展研究所T·Fujioka報(bào)道,日本CO<SUB< SUB>激光加工機(jī)年銷售額為558 億日元,YAG激光加工機(jī)年銷售額為177億日元,總計(jì)為735億元日。CO2激光加工機(jī)主要應(yīng)用于切割和打孔(占總臺(tái)數(shù)的94.8%),焊接(2.8%);而YAG激光加工機(jī)主要應(yīng)用于標(biāo)記(34.5% ),焊接(27.7%),微調(diào)(10%)和切割、打孔(8.9%)。日本生產(chǎn)CO2激光器的廠商有60家,生產(chǎn)CO2激光加工機(jī)的主要制造廠商為三菱電氣、松下電氣、Amada和Mazak等公司,占日本激光加工市場(chǎng)70%左右。另外德國(guó)Rofin-Sinar激光公司和日本Marubeni及Nippei Toyama公司合資經(jīng)營(yíng);德國(guó)的Trumpf激光技術(shù)公司和日本石川島播磨重工合資經(jīng)營(yíng),這表明德國(guó)的CO2激光加工機(jī)已進(jìn)入了日本激光加工市場(chǎng)。日本生產(chǎn)YAG激光器的有日本電氣、富士電視、東芝等30家生產(chǎn)廠家。約70-80%的CO2激光器用于切割,約有70%的YAG激光器用于電子工業(yè)。另外,據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年為止日本已建立了1500家激光加工站。近來(lái)年,以每年新建200-300家的速度在遞增。
十二、日本激光醫(yī)療始于Ar激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、內(nèi)科Nd:YAG激光內(nèi)窺鏡等迎來(lái)了光能熱利用激光醫(yī)療第一代。隨著激光技術(shù)的進(jìn)步,激光化學(xué)效益治療法誕生,開辟了激光醫(yī)療的康莊大道,現(xiàn)今,日本所有醫(yī)療領(lǐng)域中都應(yīng)用了激光。
日本利用Nd:YAG倍頻激光(532nm)的醫(yī)用激光器,其基波功率為60W,調(diào)諧波功率約20W,通過KTP變換波長(zhǎng),已在醫(yī)療上廣泛使用。
十三、Er:YAG激光的2.94微米光較之二氧化碳激光的10.6微米更易被水、Ca、P等所吸收,多用于切開、切除多水份的身體軟組織及骨切開術(shù),性能大大優(yōu)于二氧化碳激光刀。由于可以光纖傳導(dǎo),今后,若3微米帶的穩(wěn)定光功率纖維開發(fā)成功,將用于體腔內(nèi)患部的非切開、切除手術(shù)。此外,稀土類元素Ho:YAG激光器也已開始使用。
十四、日本利用激光治療癌癥十分積極,主要是Ar激光激勵(lì)、閃光燈激勵(lì)、準(zhǔn)分子激勵(lì)的染料激光器。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展,它們是非切開治療體腔內(nèi)癌的劃時(shí)代的新手段,還能治療血管狹窄、閉塞、給心臟外科帶來(lái)革命。光纖腹腔鏡已順利走上應(yīng)用軌道,不動(dòng)手術(shù)的腹腔內(nèi)疾患激光治療法,對(duì)高齡人口結(jié)構(gòu)的日本具有重要的、現(xiàn)實(shí)的意義。
十五、 準(zhǔn)分子的紫外光束有良好的光化學(xué)效應(yīng),適宜于非熱性切開、切除、并能抑止紅外光束所常見的切立研究所參與的“超尖端加工系統(tǒng)”,就是以準(zhǔn)分子激光和離子束為中心工具,其目標(biāo)是在93年研開部的熱變性和炭化,一部分ArF激光器(角臘在193nm附近有吸收帶)適用于角膜切開,進(jìn)行眼科近視治療的角膜手術(shù),但能否保持治療效果仍有疑問。ArF激光有優(yōu)秀的骨切開功能,在整形外科中大有用武之地。日本防衛(wèi)醫(yī)科大學(xué)最近在臨床試用準(zhǔn)分子激光清除嚴(yán)重?zé)齻ㄋ溃┢つw組織,時(shí)間短、痛苦少,并能有選擇地控制照射,無(wú)紫外線過量而致癌之憂的新技術(shù)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
波長(zhǎng)780-830nm,功率10-1200mW的GaAlAs激光器用眼科白內(nèi)障、眼瞼異常治療、外科皮膚肌肉切開、神經(jīng)科神經(jīng)纖維伸長(zhǎng)抑制、循環(huán)系的血流、皮膚溫度控制、減輕疼痛等。不久的將來(lái),半導(dǎo)體激光激勵(lì)小型激光器一旦實(shí)現(xiàn),激光醫(yī)療應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)飛躍。自由電子激光器將是今后醫(yī)療領(lǐng)域的臺(tái)柱,是未來(lái)醫(yī)用激光設(shè)備的代表。激光醫(yī)療的主要課題是治癌,并為治療艾滋病、疑難怪癥帶來(lái)福音。
十六、 日本激光醫(yī)學(xué)研究雖然比較活躍,但是從日本光電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)1994年初發(fā)表的統(tǒng)計(jì)數(shù)字來(lái)看,日本1993年醫(yī)用激光裝置的總產(chǎn)值約30億日元,按目前美元對(duì)日元的比價(jià)不足3000萬(wàn)美元,在日本光電子設(shè)備中所占份額是最小的。
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