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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划激光材料的发展(共4篇)激光材料产业背景及发展趋势一、研究背景激光技术被称作20世纪的四项重大发明之一，经过半个多世纪的发展，已广泛应用于高科技领域，例如光显示，光通信，生物医疗激光设备，激光先进制造，军事科技以及宇宙探索等，推动了一系列尖端高科技产业的发展，产生了巨大的经济和社会效益，并使其成为了21世纪光电子技术的支柱产业之一，因此，促进激光技术的发展被世界各强国列为了国家级发展计划，如美国的“激光核聚变计划”、德国的“光学促进计划”、英国的“阿维尔计划”、日本的“激光研究五年计
2、划”等。在我国，国家中长期科学和技术发展规划也把推动激光技术的发展作为16项重大规划之一。激光晶体是在激光技术发展过程中使用最早，品种最多的一类工作物质。当前，激光技术迅猛发展，激光器也趋向于全固态，高效率，多功能和小型化方向发展，使得激光晶体作为高增益介质对激光技术的研究和应用过程中占据越来越重要的位置。在当前，我国在激光晶体的发展过程中面临着诸多的机遇和挑战，以下将就我国激光晶体的主要发展背景做简要介绍。1、国家在经济增长方式转变中对高新技术产业的支持，其中包括直接资金扶持和政策支持等，有利于促进激光晶体材料生产企业的发展。2、我国丰富的稀土资源有利于激光晶体材料生产规模的扩大。当前，近9
3、0%的激光晶体是通过掺入稀土作为激活离子的，所以稀土已成为激光晶体中一族很重要的元素。因此，激光晶体材料的发展必须有充足的稀土资源做保证。我国稀土储量世界第一，尤其是相对短缺的中重稀土-在军事领域有重要意义，稀土产量占世界稀土商品量的80%-90%。这些都为我国激光晶体材料产业的发展提供了支持。3、高技术含量的激光晶体缺乏。我国要想在激光技术领域取得全面发展，能够获得充足的基础性的激光晶体材料及其元器件是关键之一，然而我国大部分高技术含量，高附加值的激光器要依靠从国外引进。军用激光武器的发展也处在跟踪和模仿阶段，这些都反映了我国在激光晶体材料基础研究方面的薄弱。4、技术链和产业链的缺乏，国外在
4、激光晶体研制方面趋向于晶体的应用方面，重视对整机的研制。我国则趋向于基础材料及其性能的研究。这样造成了我国在激光晶体材料发展过程中缺乏完整的技术链和产业链，虽然有不少激光晶体材料的研究处于国际领先地位，但是不能够将这些研究成果由实验室转移到应用开发和产业化，使得我国在激光晶体材料整体发展方面和国际同行有一定的差距。二、主要产品和产业链当前使用化的激光晶体已经有最开始的几种基质材料发展到了现在的数10种，但是就应用范围来说，主要还是“三大基础激光晶体”，它们分别是掺钕钇铝石榴石、掺钕矾酸钇和掺钛宝石晶体。其中，高功率激光应用主要是Nd:YAG，低功率小型激光应用主要是Nd:YVO4，它的出现标志
5、着全固态激光器时代的到来，Ti:Al2O3晶体主要在可谐调，超快激光的应用方面。1、Nd:YAG系列激光棒掺钕钇铝石榴石至今仍然是综合性能最优良的固体激光材料，具有机械强度高，光学性能均匀性好，导热系数高等优点。正是因为Nd:YAG晶体的这些优点，它已被广泛应用于军事、医疗等领域，成为了目前固态激光材料中使用量最大的激光晶体，并占据了激光晶体首席地位达40年之久。在军事方面，Nd:YAG晶体作为应用最普遍的固体激光器的工作物质，成为了军用固体激光技术的支柱，当前超过90%的军用固体激光器以Nd:YAG晶体为工作物质。在医学和医疗领域，Nd:YAG激光医疗设备也被大量的应用。在工业方面，由于Nd
6、:YAG晶体能获得高功率激光输出而被广泛用于材料加工，例如用Nd:YAG激光加工汽车零部件已被世界众多汽车制造商使用。2、Yb:YAG晶体材料Yb:YAG晶体是一种优良的二极管泵浦固体激光材料，具有掺杂浓度高、量子转换效率高，荧光寿命长、吸收带宽大等特点。理论上，Yb:YAG激光器可作为激光武器的小型、高效激光源。随着InGaAs激光二极管的发展，Yb:YAG晶体的热效率低，且适合LD泵浦的优点被重新认识。当前，加大对LD泵浦的Yb:YAG固体激光器的研究成为了发展高功率、集成化和小型化固体激光器的一个主要方向，受到越来越多的重视。图1激光晶体材料产业链激光晶体材料属于激光产业的细分行业，上游
7、涉及到稀土开采、冶炼以及相关的化工产业，直接下游产业是激光器的生产加工，以及激光器的应用行业，其中包括军事、医疗、加工、光通信、激光测量等。三、激光行业发展较好的几个主要国家/地区发展状况及市场规模1、全球激光市场状况及趋势图2给出了XX-XX全球激光器市场收入。自XX至XX年，全球商业激光器收入快速增长，年平均增长近%，由XX年的销售收入亿美元上涨到XX年的亿美元，然而受XX年全球金融危机的影响，全球激光器市场收入快速下降，XX-XX下降了%，总收入下降到了XX年的水平。但是，随着全球各主要生产大国所采取的一系列促进经济发展的措施，使得各国经济逐渐恢复，预计未来几年激光器市场将会保持近6%的
8、年增长率。亿美元图2XX-XX年全球激光器市场收入2、激光产业全球发展较好的国家状况及趋势从图3可以看出，当前在激光产业发展比较好的主要有三个地区，分别为北美，西欧及亚洲。其中北美以美国为代表，美国在过去的几十年当中，在其精密激光机械加工协会的激励下，带动了新工艺技术的发展，使其激光器技术在世界上处于领先位置，占据了较大的市场份额。在西欧，激光产业发展较好的国家主要包括德国、法国和英国，其中德国在过去几年当中通过一系列国家激光发展计划，使其在该领域得到了迅速发展，处于世界领先地位，而在亚洲的主要代表国家是日本和中国。图3全球激光产业分布状况从图4可以看出，未来激光器产业的发展趋势，它反映了激光
9、器将会被越来越多的领域所应用，这将预示着激光晶体材料需求也将不断的增加。与此同时，它要求相关企业的经营方式要趋于差异化和专业化，注重新产品的开发和提高传统激光器的效率。图4国外激光产业的发展趋势四、国内该行业的发展特征及现状中国是制造业大国，然而与世界制造业大国相比，我国激光在对制造业尤其是装备制造业中的应用比例偏低，近30%。如图5所示，美国、日本、德国激光在装备制造业中的应用比重都超过了40%，其中德国高达%。超过我国近50%。这也是造成我国工业结构升级缓慢的一个原因。这也说明我国在激光产业中的巨大市场潜力，在未来国家一系列产业结构调整及工业结构改造过程中，激光产业将产生广阔的市场前景，将
10、推动激光晶体的需求增加。图5激光在制造业中使用的比重近年来，我国激光加工产业增长迅速，目前已经形成了环渤海、珠三角、长三角、华中四大激光产业带，规模以上的企业达到了近200家，其中以激光产品为主营业务的上市公司有两家。如图6所示，在四大激光产业带中，环渤海的主要是北京和辽宁的一些研究所和相关企业，珠三角则主要依靠深圳河福建两地漳州师范学院通识教育课程“材料与人类科学文明”论文题目：激光材料日期：XX年12激光材料一、激光材料基本概念17月日自第一台激光器诞生后，激光技术便成为一门新兴科学发展起来，并且激光的出现又大大促进了光学材料的发展。激光材料主要是凝聚态物质，以固体激光物质为主。固体激光材
11、料分为两类。一类是以电激励为主的半导体激光材料，一般采用异质结构，由半导体薄膜组成，用外延方法和气相沉积方法制得。根据激光波长的不同，采用不同掺杂半导体材料。通常在可见光区域，以族化合物半导体为主；在近红外区域，以族化合物半导体为主；在中红外区域以-族化合物半导体为主。另一类是通过分立发光中心吸收光泵能量后转换成激光输出的发光材料。这类材料以固体电介质为基质，分为晶体和非晶态玻璃两种。激光晶体中的激活离子处于有序结构的晶格中，玻璃中的激活离子处于无序结构的网络中。常用的这类激光材料以氧化物和氟化物为主，如硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧化铝晶体、钇铝石榴石晶体、氟化钇锂等。氧化物材料具有
12、良好的物理性质，如高的硬度、机械强度和良好的化学稳定性；氟化物材料具有低的声子频率、宽的光谱透过范围和高的发光量子效率。二、激光材料的分类激光材料包括激光工质材料、激光调Q材料、激光调频材料和激光偏转材料。我们主要讲常用的激光材料包括激光晶体材料，激光玻璃和红外材料。激光工作物质分为固体、液体和气体激光工作物质。它们构成的激光器中固体激光器是最重要的一种，它不但激活离子密度大，振荡频带宽并能产生谱线窄的光脉冲，而且具有良好的机械性能和稳定的化学性能。固体激光工作物质又分为晶体和玻璃两种。激光晶体材料，大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶体，按晶体的组成分类，它们可分为掺杂型激光晶体和自激活激光
13、晶体两类。然而，前者占了现有激光晶体的绝大部分。激光玻璃，尽管玻璃中激活离子的发光性能不如在晶体中好，但激光玻璃储能大，基质玻璃的性质可按要求在很大范围内变化，制造工艺成熟，容易获得光学均匀的、从直径为几微米的光纤到长达几微米的玻璃棒和几十厘米的玻璃板，以及价格便宜等特点，使激光玻璃在高功率光系统、纤维激光器和光放大器，以及其他重复频率不高的中小激光器中得到了广泛的应用，与激光晶体一起构成了固体激光材料的两大类，并得到了迅速的发展。红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的一些材料，本文主要介绍红外透射和辐射材料。红外辐射材料，理论上，在0K以上时，任何物体均可辐射红外线，故红外线是
14、一种热辐射，有时也叫热红外。但工程上，红外辐射材料只指能吸收热物体辐射而发射大量红外线的材料。红外辐射材料可分为热型、“发光”型和热“发光”混合型三类。红外加热技术主要采用热型红外辐射材料。红外透射，是能透过红外辐射的材料，用于制造红外仪器的部件，如红外探测器的窗口、红外仪器光学系统的透镜和棱镜等。对这些材料的要求是：能透过所需波段的红外辐射；有尽可能高的透射比；机械强度高；化学稳定性好。三、激光材料的应用其应用在工业上利用的高密度和利用激光的高亮度和高定向性的特点，可以把激光辐射能量集中在较小的一定空间范围内，从而获得比较大的光功率密度，产生几千度到几万度以上的高温；在此高温下，任何金属和非
15、金属材料都会迅速熔化或者汽化，因此可利用激光进行多种特殊的非接触特种加工作业。目前比较成熟的应用有激光打孔、激光焊接、激光切割、激光划片、激光表面处理和激光印刷、激光信息存储等。在化学工业中，利用激光的高亮度、高单色性和可调谐等特点，可以对特定的化学反应进行控制，从而实现光学催化、光学聚合、光学合成、光学提纯和光学分离等过程。目前，利用激光分离同位素的研究工作已经取得了很大的进展。利用激光合成各种特殊的化学物质，在技术上也取得不少的成功。在大型装备和建筑施工中，激光准直与定向技术有广泛而富有成效的应用。例如，利用氦氖激光器制成的激光指向仪、激光铅直仪、激光水准仪和激光经纬仪等，在大型船舶制造、大型建筑和筑路施工、管道和电缆铺设以及隧道开凿和矿井掘进等工程中，应用效果都很好。在医学领域，随着激光技术的出现，一种新型的以激光为基础的医疗和诊断手段得到了迅速的发展，激光治疗的方式包括辐照、烧灼、汽化、焊接、光刀切割以及光针针炙等。目前，除了临床治疗外，激光还可作为研究医学和生物学课题的有效工具。例如研究激光作用到人或动物体上引起的各种生物学效应；利用激光来研究细胞的组成、分裂、生长和转化等，从而可加深人们对新陈代谢、遗传和发育等生命基本过程的理解。此外，借助于激光技术还可以制成各种新型诊断和测量分析仪器，如激光显微光谱分析仪、激光
