[分享]激光在产业中的具体运用 [复制链接]

一，激光技术对国民经济及社会发展的重要作用 m+QS -woHn  
5Rbl.5.A  
二，国外激光产业发展现状 >xWS>  
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三，我国激光产业发展现状及存在的主要问题 T:^.; ZY  
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四，我国激光产业发展战略的建议 \GFqRRn  
7 N}@zPAZ  
五，加速我国激光行业发展的对策和措施 G%F#I  
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六，激光在产业中的具体运用 r~b.tpH  
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一，激光技术对国民经济及社会发展的重要作用 l`v5e"V  
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激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。三十多年来，以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速的发展，现已广泛用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等各个领域，取得了很好的经济效益和社会效益，对国民经济及社会发展将发挥愈来愈重要的作用。 inu.U[.  
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（一）促进科学技术的发展和进步 u>XXKlW:  
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由于激光具有很好的单色性、相干性、方向性和高能量密度，它已渗透到各个学科领域，形成了新的学科。例如：激光信息存储与处理、激光材料加工、激光医学及生物学、激光通讯 、激光印刷、激光光谱学、激光化学、 激光分离同位素、激光核聚变、激光检测与计量及军 用激光技术等， 极大地促进了这些领域的技术进步和前所未有的发展。  f<o|5r  
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（二）在国民经济中形成新的产业部门 gtKih  
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激光产业正在我国逐步形成，其中包括激光音像、激光通讯、激光加工、激光医疗、激光检测、激光印刷设备及激光全息等，这些产业正在作为新的经济增长点而引起高度重视。例如，全国已有380多家生产激光音像设备（CD、LD、VCD、DVD），1996年在我国已形成年产值85 亿元以上的新产业，发展异常迅速。又如， 利用激光全息技术开拓了激光模压全息防伪商标和装饰业，也已成为较大规模的新兴产业。 ?QP>rm  
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（三）对传统工业的改造将发挥愈来愈显著的作用 kZ9Gl!g  
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激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。例如，天津冷轧薄板厂由于采用了激光毛化技术，将面临倒闭的企业起死回生，仅1995年生产了6亿元的激光毛化钢板， 出口创汇数千万美元；又如西安内燃机配件厂建立了12条缸套激光热处理生产线，将缸套寿命提高了1-3倍，现已在全国范围推广，该厂近期还要扩建12条生产线， 以满足用户对激光缸套的需求。因此，发展激光产业将带动传统工业的改造和发展。 ;>,B(Xz4i  
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（四）促进医疗技术进步，提高人民健康水平 b8!oZ~K
 
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激光医疗技术目前已在眼科、外科、内科、妇科、耳鼻喉科、心血管科、皮肤科等领域得到 广泛应用，激光医疗设备已进入县以上的医院， 这对医疗技术的进步和提高人民健康水平起着重要作用。 [^"}jbn/  
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（五）加速我国国防技术的现代化 0\mf1{$"!7  
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激光技术在军事上已应用于测距、指向、制导、通讯及战术武器等，为改善武器装备的性能，提高命中率和可靠性，起到重要的作用，并有一定数量的产品出口。 <IrhR,@M,L  
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二、国外激光产业发展现状 wgz]R  
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根据《激光集锦》1997年报导， 世界激光器市场可划分为三大区域：美国（包括北美）占55% ，欧州占22%，日本及太平洋地区占23%。在世界激光市场上日本在光电子技术方面占首位，美国占第二位；在激光医疗及激光检测方面则美国占首位；而在激光材料加工设备方面则是 德国占首位。因此我们选择美国、日本、 德国三个国家，介绍他们激光产业发展情况，也就反映了世界激光市场的基本情况及其发展趋势。 ^-%'ItVO  
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(一)、美国激光产业发展现状 T{prCM  
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目前尚未见到全面介绍美国激光——光电子产业发展现状的完整资料，现只能根据有关文献进行综述。 3.movkj  
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1994年美国光电子工业发展协会对1993年世界激光——光电子市场作了统计， 总产值为750亿美元；美国光电子工业发展协会把显示器、光存贮、 光通讯及硬拷贝称之为光电子技术产业，并认为这个领域目前是日本占主导地位，在750 亿美元产值中日本约占50%，因此美国认为当前应注意发展光电子技术产业， 使美国在这个领域能占有较大的份额。下面主要介绍美国激光加工和激光医疗方面的发展情况。 [REH*_  
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根据1996年《工业激光评论》杂志报导，1995年世界范围销售的激光加工系统约11亿美元，美国占31%、欧州32%、日本35%，其它2%。 在美国比较著名的激光公司有：相干公司、光谱物理公司、联合工艺（URTC）公司、PRC公司、 燃烧工程公司、Lumonics公司、Synrad公司、M arted Lasers公司、Electrox公司和ESI 公司等。相干公司和光谱物理公司是美国最大的两个激光公司，占美国激光公司总销售额的40%以上。光谱物理公司的工业激光部的高功率CO2激光器股权已为德国Rofin -Sinar公司所收购，主要生产1.5kW-6kW横流CO2 激光器。 联合工艺公司主要生产5kW-30kW高功率横流CO2激光器，并且和德国一公司合资在德国制造这类设备；PRC公司主要生产0.5-3.5kW轴快流CO2激光器，现已累计销售了1000台高功率CO2 激光器；燃烧工程公司生产1kW、5kW和10kW的高功率横流CO2激光器（以色列MLI公司的专利）。Synrad公司主要生产200W以下封离型射频激励CO2激光器。 %_ew{ff
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根据《世界激光集锦》杂志报导，1995年美国激光—光电子生产者委员会成员公司，前半年的订货率比1994年同期增长了24%。在金融市场上，1995 年激光公司原始股票的价格达到了有史以来的最高值，使这些公司获得了巨额的利润。1996年世界激光器市场的销售分布状态也有了变化，美国占55%，欧洲占22%，日本和太平洋地区占23%。 RHsVG &<j  
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美国是世界上最早建立激光加工站的国家，许多加工站建立于 70 年代中期，1996年的统计结果表明，美国激光加工站的年收入已逾60-80亿美元， 在美国激光加工站已超过1765家，这对于在美国推广激光加工技术起着重要的作用。美国也是最早将高功率激光器引入汽车工业的，例如在美国汽车工业中心——底特律地区就有40余家激光加工站，用于汽车板金件的切割和齿轮的焊接，使汽车改型的周期从5年缩短至2年。美国通用汽车公司已采用22条激光加工生产线；美国辐特汽车公司采用Nd：YAG激光器结合工业机械人焊接轿车车体，极大地降低了制造成本。 据报导，到2000年美国三大汽车公司50% 的电阻点焊生产线将被激光焊生产线所取代。 uc9h}QJ*  
1995年世界销售的激光加工系统予计为1950台，其中美国640台，占34%。 VEV?$R7;  
在激光加工中主要使用CO2激光器和Nd：YAG激光器。在美国CO2激光器58%用于切割、12% 用于焊接、11%用于标记、1%用于热处理、其它为18%；Nd：YAG 激光器24%用于焊接，39%用于标记，7%用于切割，18%用于微电子加工，3%用于打孔， 其它9%。 nJ2B*(S'v.  
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在激光医疗方面，美国处于世界领先地位。激光医疗设备不仅在美国获得广泛应用，而且大量出口，美国的激光医疗设备由美国食品药物管理局（FDA ）统一管理，只有经过批准注册方可使用和生产，这样就保证了激光医疗设备的产品的质量和可靠性与安全性。据统计，1986年美国医院进行的2100万例手术中已有250 万例使用CO2激光手术刀，占总手术的12%，美国全国2/3 的门诊机构已拥有激光医疗设备。在美国新的激光医疗仪器和医疗技术不断出现，例如，美国每年有20-25 万椎间盘突出病人，其中10-20%可以用激光进行切除；美国有1400万人希望除去身上的纹身，美国每年诊断有45万例患者有肾结石，其中1/3 用内窥镜技术或激光碎石术治疗，用准分子激光作角膜刻划来矫正视力已作了2万多例，1995年已为美国FDA批准使用，预计1996年可能有200-300台准分子激光器在美国销售，用于治疗近视眼，产值约8000-12000万美元；1995年又推广了CO2激光美容手术， 特别是去掉皮肤皱纹的手术受到欢迎，这两项手术的推广导致1995年医用激光器的收入增加。这种去掉皮肤皱纹的方法称为皮肤再光滑激光疗法，在美国每次治疗的价格从800 美元到4500美元（不包括保险费），由此估算出皮肤再光滑的市场规模可达15亿美元，因而吸引了至少8家公司为皮肤再光滑激光疗法推出CO2激光系统。据预测第一代软组 :EW1I>}_  
织的激光牙科机在九十年代初期销售可达几千台，销售额0.9亿美元， 第二代硬组织激光牙科机可能替代大部分的机械牙钻市场。 4m~y%> &  
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(二)、日本激光产业发展现状 
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1994 年初日本光电子产业技术振兴协会公布了日本激光—光电子产业 1992-1993年的产值，这里只介绍1993年的情况。1993年日本光电产业预测产值为37850亿日元（若以110日本：1美元计算，则应为344亿美元），比1992年的35066亿日元增长7.9%。 ^*jwe^  
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光电子产业包括光电子设备和光电子元件两部分，其中光电子设备为28086 亿日元（约255亿元），光电子元件为9764亿日元（约89亿美元）。 y,?=,x}o#  
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从光电子设备的细目来看，光盘为14897亿日元（占53% ）， 光输入输出设备8462亿日元（30%） ，光传输设备2446亿日元（9%），光传感器1005亿日元（4%），激光加工设备420亿日元（2%）。 x
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从光电子元件细目来看，显示元件4787亿日元（占49%），发光元件1387 日元（包括激光器，占14%），光纤1269亿日元（13%），光敏元件（光接近元件）1115亿日元（11%），复合光元件572亿日元（6%），光传输网络163亿日元（2%）， 太阳能电池157亿日元（2%）。 Up Z 9g"  
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按美国光电子工业发展协会的看法，日本在显示器、光存储、光通讯及硬拷贝组成的光电子产业中已超过了美国和欧洲，在世界上占主导地位。从上面的数字也可以看出日本的激光加工设备及医疗设备则占比例极小。在80年代初激光加工设备曾占日本光电产业总产值的37%，后来由于光存储、光通讯、 显示器及半导体激光器的迅速发展，十多年来已发生了很大的变化。 z/#,L!Z3  
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八十年代初，日本产业界积极采用激光加工，并逐步扩大到焊接、钎焊。统计表明，日本占当今世界上工业用激光设备的30%左右， 激光加工是日本重要的基础制造技术之一。日本现用于材料加工的是大功率二氧化碳激光器和Nd：YAG激光器，少量准分子激光器也已使用，而新开发的气体激光器有波长10.6微米二氧化碳激光器、波长5微米一氧化碳激光器、波长1.3 微米的碘激光器及二极管激励固体激光器的紫外准分子激光器等。现在的二氧化碳激光器功率多为500W，而理论上可高达100KW，近期报导已达到20kW。且其功率越大，效果越好， 故日本对二氧化碳激光器开发研究寄以期望。 V;^-EWNj  
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大功率一氧化碳激光器是日本业创造研究所和三菱重工联合研制的，89年实现了连续4小时5kW，短时间达7kW振荡输出。93年其输出功率已达到20kW， 它在切割焊接中正崭露头角，而高功率的碘激光器是日本产业创造研究和川崎重工一起开发的，1989年实现了近红外的振荡，它是化学激光器，特征是振荡效率极高，5kW 一氧化碳激光器、1kW碘激光器装置已设立在92年4月成立的激光应用工学中心。 rzdQLan  
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此外，弧光灯激励固体激光器放大都为3kW， 因其存在功率增大导致光束发散角偏大和脉冲振荡重复频率低的缺点，日本正努力研制半导体激励YAG 激光器来取而代之。据报导，1kW二极管激励YAG激光器由正由日本国立研究所制成。 ,wf_o%'eW  
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目前，大功率准分子激光器及其在材料加工中的应用开发研究引起人们极大兴趣。它可利用短波长高能光子不产生热量的分子水平的加工。86年日本通产省工业技术院提出的18家民间企业与3所国立研究所参与的“超尖端加工系统”， 就是以准分子激光和离子束为中心工具，其目标是在93年研制成2kW级Xecl 准分子激光设备。 +wG *qI  
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激光加工切割的灵活性、高精度、高速度、高可靠性、高效率等优点，不仅在薄板工业上，而且在金属、塑料、陶瓷业中也广为使用。最近5轴或6轴三维激光切割机器人已在日本汽车、机械、电机重工中大显身手。 ,t_&tbf3  
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同时，激光焊接在日本电子、电机、汽车、车辆零部件，OA机器等小件、大批量生产中得到 迅速发展。是本产业界生产线上成功应用激光焊为世界所瞩目。 如在汽车车体制造中日本大胆采用有坯料时就将薄钢板实施激光焊接后冲压成型的新方法（Tailorcd Blank Welding），现已为世界上绝大多数汽车厂家所仿效。 5VE=Oo#&  
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日本以5kW及10kW二氧化碳激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接。在薄、中厚板钢管、高级薄型不锈钢制造时，与高频电焊、TIG焊相结合， 保证了质量的稳定性。 zMepF]V  
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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， 无法熔焊，但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功，显示了激光焊的广阔前途。 日本引以为自豪的是在世界上首次成功开发了将YAG 激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修，这是日本最大限度地利用YAG激光（波长1.06 微米）能以石英光纤遥控传输和集周边设备之大成的尖端技术。随着今后3kW以上的高功率、 高亮度且控制维修性皆佳的YAG 激光器和新一代二极管激光激励大功率固体激光器的诞生，软硬件的配套，预计这一领域的激光技术还会有新的突破。 ZXLAX9|  
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据1992年东京大学研究与发展研究所T·Fujioka报道，日本CO2 激光加工机年销售额为558 亿日元，YAG激光加工机年销售额为177亿日元，总计为735 亿元日。CO2激光加工机主要应用于切割和打孔（占总台数的94.8%），焊接（2.8% ）； 而YAG激光加工机主要应用于标记（34.5% ），焊接（27.7%），微调（10%）和切割、打孔（8.9%）。日本生产CO2激光器的厂商有60家，生产CO2激光加工机的主要制造厂商为三菱电气、松下电气、Amada和Mazak等公司，占日本激光加工市场70%左右。另外德国Rofin-Sinar激光公司和日本Marubeni及Nippei Toyama公司合资经营；德国的Trumpf激光技术公司和日本石川岛播磨重工合资经营，这表明德国的CO2 激光加工机已进入了日本激光加工市场。日本生产YAG激光器的有日本电气、富士电视、东芝等30家生产厂家。约70-80%的CO2激光器用于切割，约有70%的YAG 激光器用于电子工业。另外，据统计，到1995年为止日本已建立了1500家激光加工站。近来年，以每年新建200-300家的速度在递增。 H/t0#  
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日本激光医疗始于Ar激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、内科Nd：YAG 激光内窥镜等迎来了光能热利用激光医疗第一代。随着激光技术的进步，激光化学效益治疗法诞生，开辟了激光医疗的康庄大道，现今，日本所有医疗领域中都应用了激光。 YdV.+v(30  
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日本利用Nd：YAG倍频激光（532nm）的医用激光器，其基波功率为60W， 调谐波功率约20W，通 过KTP变换波长，已在医疗上广泛使用。 TFldYKd/l  
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Er：YAG激光的2.94微米光较之二氧化碳激光的10.6微米更易被水、Ca、P等所吸收，多用于切开、切除多水份的身体软组织及骨切开术，性能大大优于二氧化碳激光刀。由于可以光纤传导，今后，若3微米带的稳定光功率纤维开发成功， 将用于体腔内患部的非切开、切除手术。此外，稀土类元素Ho：YAG 激光器也已开始使用。 )4o8SF7lz  
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日本利用激光治疗癌症十分积极，主要是Ar激光激励、闪光灯激励、准分子激励的染料激光器。随着光纤技术的发展，它们是非切开治疗体腔内癌的划时代的新手段，还能治疗血管狭窄、闭塞、给心脏外科带来革命。光纤腹腔镜已顺利走上应用轨道，不动手术的腹腔内疾患激光治疗法，对高龄人口结构的日本具有重要的、现实的意义。 '`tFZfT  
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准分子的紫外光束有良好的光化学效应，适宜于非热性切开、切除、并能抑止红外光束所常见的切开部的热变性和炭化，一部分ArF激光器（角腊在193nm附近有吸收带）适用于角膜切开，进行眼科近视治疗的角膜手术，但能否保持治疗效果仍有疑问。ArF激光有优秀的骨切开功能，在整形外科中大有用武之地。 日本防卫医科大学最近在临床试用准分子激光清除严重烧伤（死）皮肤组织，时间短、痛苦少，并能有选择地控制照射，无紫外线过量而致癌之忧的新技术。 zvN7aG  
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波长780-830nm，功率10-1200mW的GaAlAs激光器用眼科白内障、眼睑异常治疗、外科皮肤肌肉切开、神经科神经纤维伸长抑制、循环系的血流、皮肤温度控制、减轻疼痛等。不久的将来，半导体激光激励小型激光器一旦实现，激光医疗应用将会出现飞跃。自由电子激光器将是今后医疗领域的台柱，是未来医用激光设备的代表。激光医疗的主要课题是治癌，并为治疗艾滋病、疑难怪症带来福音。 S#CaJ}M  
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日本激光医学研究虽然比较活跃，但是从日本光电子产业技术振兴协会1994年初发表的统计数字来看，日本1993年医用激光装置的总产值约30亿日元，按目前美元对日元的比价不足3000万美元，在日本光电子设备中所占份额是最小的。 f2tCB1[D+  
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(三)、德国激光产业发展现状 ZYY`f/qi  
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在欧洲地区激光产业发展最快的是德国，特别是激光材料加工方面处于世界领先的地位。1986年德国提出了 1987- 1992 年《激光研究与激光技术》资助重点的BMFT资助计划，在这五年期间实际投资为2亿6千2百万马克， 资助重点与经费分配为：激光器与元件36%，应用技术与系统集成48.9%，激光测量与激光分析12.2% ， 其它2.3%；也就是说约72%的经费用于激光材料加工的课题（光源、元件、 系统和方法）。承担课题的有科研集团（FHG、MPG、GFE）6个科研所，9个大的激光中心，高校研究所中的30个科研组，共约900名科研人员参加。在这期间建 立的比较著名的研究所和中心有：夫朗和费激光技术研究所、柏林固体激光研究所、汉诺威 激光中心、斯图加特光束应用研究中心等。 nUs=PD3)  
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根据德国机械制造协会——激光材料加工工作联盟1994年的统计，用于材料加工的光源（CO2）和YAG激光器）总共生产了1364台，产值1.65亿马克，比1993年增长13%；激光器件台数增长了39% 。 特别是用于标记和牙科方面的小功率激光器即YAG激光器出现了超比例的增长率。因此德国用于加工技术的激光器， 高于以前任何时期。用于材料加工的光源，德国企业（主要是Rofin-sinar激光公司、 Trumpf 激光技术公司、Haas固体激光公司、Lambda Physik 公司等）几乎占了世界市场的40%，处于领先地位。与此同进，还签订了1544台激光器的订货合同，价值1.77 亿马克。1994年激光系统的营业额也有大幅度的增长，完成了860个系统的生产 额，价值为2.35亿马克，台数增长率为51%，销售额增长率为17%。与此同时，还签订了937个系统合同，价值2.49亿马克（台数增长率58%，产值增长率18%）， 这些合同与1995年预测的 生产额接近。 t.&JPTK-H  
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在激光光源方面CO2占42%，Nd:YAG占35%；在激光系统方面CO2激光加工系统占56%，YAG 激光加工系统占40%， CO2 激光加工系统 Trumpf 公司是自行配套， 而Rofin-Sinar公司则与 格瑞斯海姆有限公司合作配套，已形成Lascontur 系列激光加工机。出口部分的增长表明，在国际上德国企业有强大的竞争能力，德国激光工业目前仍处于上升阶段。 dm[JDVv|  
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在完成1987-1992年BMFT“激光研究与激光技术”资助计划后，1993 年德国又提出了“激光2000”新的资助计划。 r:rPzq1  
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战略目标是： UQhD8Z'I.  
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* 开创21世纪激光技术领域科学技术基础。 zgS)j9q}  
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* 支持革新激光技术，以保持和加强激光器生产与激光工业应用在国际上的竞 XiV*d06{  
争能力。 3f>9tUWhTy  
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* 消除激光应用中的科学技术障碍。 E690'\)31  
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激光研究与激光技术未来重点： j!L7r'AV5  
6wOj,}2Mn  
* 新一代激光器的基础 )4ok@^.  
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重点课题有：· 高功率二极管激光器 · 二极管泵浦固体激光器 EGRIhnED#  
]c\`EHN  
· 高功率气体激光器新的机理。 ^tyqc8&  
* W"Pv,:  
* 精密加工 <}mA>c'k  
A\"4[PXpQ  
重点课题有：· 激光方法的评价 · 激光诱导生产方法 · 紫外激光 dXWG`G_  
光子技术 ;p,Kq5,l  
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* 开创新应用领域的基础 u3cg&lEgT  
pcd?6jh8  
· 激光光学测量与检测方法 #p{8  
nbw8YO(=  
· 非线性光学 [ P*L`F  
>0:=<RW  
· 激光生物动力学及微处理（涉及分子、原子范围） Qm[ )[M  
4X:mb}(  
· 产品和环保技术的激光光学测量与检测 @Us#c 7/  
.i7"qq.M  
* 激光医疗 .lg
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#pD=TMefC  
重点课题有：· 医疗技术中新的激光方案 · 光学层析摄影法 ) [)1  
F(U(b_DPM  
资助计划起止时间：1993-1997年 x {Rj2~KC  
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资助金额：2.75亿马克 9y\Ik/  
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德国为了推广激光加工技术，除了建立9个国家级激光中心外， 还大量建立激光加工站；同时在大、中、小型企业积极建立激光加工生产线，例如：大众汽车厂的齿轮激光加工生产线；奔驰汽车厂共有18个厂房，其中有8 个厂房安装了激光加工生产线；Thyssen钢铁公司的轿车底板激光拼焊生产线； 西门子公司建立了线包引线激光点焊生产线，接触器铁芯、衔铁激光焊接生产线，集成电路激光微调生产线及半导体硅片激光毛化及退火生产线等。在“激光2000”中特别提出了94-95年，每年提供500万马克（25个项目），向批准有激光加工技术项目 的中小厂每个项目资助20万马克。（摘自科技部基础研究高技术司《我国激光产业发展的对策研究》 附录）