激光器技術發(fā)展與標準現(xiàn)狀分析

Analysis of the Development and Standards Status of Laser Technology

ZHANG Shan SHAN Wenwen ZHANG Yuqin LIU Xiujuan （China Electronics Standardization Institute）

Abstract：As an electronic component capable of generating laser light，lasers have the advantages of highconcentration， good monochromaticityandhigh energyThisarticleintroduces thetechnological development，classifation，andidustry applicationoflasers，analyzes thestandardizationsatusofinterationalanddomesticstandardsinthefieldoflasers，ndputs forward relevant opinionsand suggestions for the standardization development oflasers in China，providing guidance for the development oflaserstandardsinthe future.

Keywords：laser;standardsanalysis;standardization

0 概述

激光器是一種通過光學放大過程發(fā)射一束相干光的裝置，是激光的發(fā)生裝置，主要由泵浦源、增益介質、諧振腔等組成。泵浦源為激光器的激發(fā)源，諧振腔為泵浦光源與增益介質之間的回路，增益介質指可將光放大的工作物質。在工作狀態(tài)下增益介質通過吸收泵浦源提供的能量，經(jīng)諧振腔振蕩選模輸出激光。1960年第一臺紅寶石激光器的橫空誕生成為科技界自20世紀以來繼原子能、計算機科學、半導體技術后給世界帶來深遠影響的又一深刻變革，現(xiàn)如今激光器及其技術向前發(fā)展的步伐從未停止，技術水平逐步提高，應用領域也持續(xù)擴展。已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，成為我們改造世界的重要手段。進入新時期，它以一種前所未有的巨大力量推動人類社會向前進。

1激光器技術發(fā)展進程

1.1激光器分類

激光器可按照工作介質、工作方式、輸出波長、激勵方式、輸出功率等維度進行分類。按工作介質可將激光器分為固體激光器、半導體激光器氣體激光器、液體激光器和光纖激光器等；按工作方式來看，激光器可分為連續(xù)波激光器和脈沖激光器；按激光器的激勵方式（泵浦），可分為光泵浦激光器、電泵浦激光器、化學泵浦激光器、熱泵浦激光器以及應用在特殊領域的核泵浦激光器；此外還可按照激光器的輸出波長或輸出功率對激光器進行分類，詳見圖1激光器分類圖。

1.2激光器的技術發(fā)展和行業(yè)應用

激光器的技術發(fā)展主要經(jīng)歷了基礎奠基期、產(chǎn)業(yè)化突破期、智能化進階期等3個關鍵時期。1961年，我國研制的首臺紅寶石激光器誕生，科學家們開啟了激光核聚變、固體激光器理論的研究。2000年后，隨著摻鏡光纖激光器實現(xiàn)千瓦級輸出、首臺拍瓦級超短超強激光裝置建成，推動了激光器在工業(yè)切割/焊接規(guī)模化應用，激光精密微加工也在我國拉開了帷幕。近年來，我國的激光技術發(fā)展迅猛，激光器的輸出功率和效率大幅度提升，如：雙包層光纖技術通過側面泵浦（如：V型槽、微棱鏡植人）將耦合效率提升至 80% 以上，支持萬瓦級輸出。自適應算法優(yōu)化光束質量等智能化手段使得激光器在各個領域的應用更加穩(wěn)定與可靠。

目前我國激光器的應用主要集中在工業(yè)加工、信息通信、商業(yè)活動、科研實驗及醫(yī)療等領域。首先，工業(yè)領域是激光器應用占比最高的領域，占比達到 60% 以上。其以高效、精確的特點，在金屬切割、焊接、打標、鉆孔等方面得到廣泛應用，成為現(xiàn)代工業(yè)制造中不可或缺的工具；其次，隨著5G通信的快速發(fā)展，高速、高頻率傳輸?shù)男枨筮M一步增加，光纖激光器作為通信系統(tǒng)中的核心部件推動了激光器在信息領域的快速增長，占比約達 20% 以上。再次，激光器在激光打印、激光照明等領域的應用也達到了 7% 左右，為商業(yè)活動提供了更加高效、便捷的解決方案。此外，在科研領域，激光器在科研實驗中作為重要的實驗工具，為科學研究提供了更加精確、高效的手段。在醫(yī)療領域，激光器在眼科手術、皮膚美容、激光治療等方面具有獨特優(yōu)勢，其精確性和無創(chuàng)性受到廣泛歡迎。

2 激光器標準現(xiàn)狀分析

2.1國外標準現(xiàn)狀

目前，僅從激光器產(chǎn)品本身來說，國際上沒有對口的國際標準化組織，但國際電工委員會光輻射安全與激光設備技術委員會（IEC/TC76）從激光安全的層面發(fā)布了《SafetyofLaserProducts》（IEC60825），該標準的制定為激光產(chǎn)品的設計、制造、檢驗、使用、維護和處置提供一套統(tǒng)一的激光安全要求和分類系統(tǒng)，以保護人類免受激光輻射的危害]。此外，美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）、法國標準化協(xié)會（NFEN）、意大利統(tǒng)一標準化組織（UNIEN）、西班牙標準化協(xié)會（UNEEN）、丹麥標準化協(xié)會（DANSK）、日本工業(yè)標準調查會（JISC）等區(qū)域標準化技術組織相繼發(fā)布了關于激光器相關參數(shù)、測試方法及激光安全的相關標準。

2.2國內標準現(xiàn)狀

國內現(xiàn)行有效的激光器類標準分布在全國光輻射安全和激光設備標準化技術委員會（TC284）、全國光學和光子學標準化技術委員會（TC103）、全國半導體器件標準化技術委員會（TC78）、全國通信標準化技術委員會、工業(yè)和信息化部（電子）等歸口管理。

激光器目前現(xiàn)行有效國家標準25項，行業(yè)標準18項，主要分布在電子、機械、通信、建材等行業(yè)，涉及激光器基礎通用標準、激光安全標準光、固體激光器[4、氣體激光器、纖激光器等，標準清單見表1和表2。與激光器的發(fā)展速度和產(chǎn)品門類相比，還存在激光器產(chǎn)品標準、激光器專用材料標準及部分測試方法標準等的標準空白。

3 激光器標準化發(fā)展建議

一是建立健全綜合標準體系。圍繞激光器技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，全面梳理評估國內國際相關標準適用性、先進性和實施效果，特別是加強國內標準與國際標準的對比分析。在此基礎上，聯(lián)合產(chǎn)學研用各方，制定并實施激光器綜合標準化體系建設指南，構建激光器產(chǎn)業(yè)和標準的協(xié)同生態(tài)，統(tǒng)籌推進產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的標準化工作，強化標準與創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的有效銜接，助力科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的融合發(fā)展。

二是加強核心標準的前瞻布局。做好鈣鈦礦激光器、量子級聯(lián)激光器等重點領域技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展跟蹤評估，推動建立“核心技術突破 + 企業(yè)賦能 + 產(chǎn)業(yè)需求精準響應”三維策略，圍繞激光器產(chǎn)業(yè)需求做好重大標準的提前布局，緊跟核心技術突破及時開展標準研究與驗證，充分發(fā)揮龍頭企業(yè)、專精特新“小巨人”企業(yè)在標準研制和實施中的主體作用，實現(xiàn)標準化工作與核心技術創(chuàng)新、中試驗證、成果轉化和產(chǎn)業(yè)化的有效協(xié)同，為新技術新產(chǎn)品開拓和占領市場提供有力的標準化支撐。

三是加快重大標準制修訂。聚焦激光晶體材料、光纖激光器、高功率激光器等激光重點產(chǎn)品及激光專用材料，加快制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需標準，優(yōu)先開展重點產(chǎn)品、關鍵技術、試驗方法以及典型應用標準研制。針對激光器市場發(fā)展迅速，持續(xù)提升相關標準中的性能指標、安全要求，優(yōu)化完善現(xiàn)有的測試方法標準，逐步提升市場的技術門檻，倒逼企業(yè)不斷提升自身技術實力和產(chǎn)品水平，促進激光器產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級。

四是推動標準的有效實施。積極發(fā)揮現(xiàn)有的標準化專業(yè)機構、技術組織和協(xié)會的作用，圍繞市場需求和企業(yè)需要，開展激光領域國內外標準的宣貫、培訓，將先進技術、先進理念、先進方法以標準形式導人企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)。推動建立“人工智能 + 標準實施”，利用人工智能技術及時采集分析標準實施情況（生產(chǎn)企業(yè)執(zhí)行的標準、用戶方采用的標準等），自動分析各類標準先進性和協(xié)調性，為現(xiàn)有標準迭代更新提供技術和市場參考。

五是提升標準國際化水平。鼓勵國內企事業(yè)單位，特別是龍頭企業(yè)、專精特新“小巨人”企業(yè)等積極參與國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際電信聯(lián)盟（ITU）等國際標準化組織在激光器領域的標準化活動，培養(yǎng)一批“懂產(chǎn)業(yè)、懂技術、懂規(guī)則，外語好、善協(xié)調”國際標準化人才隊伍，主動承擔激光器國際標準研制，積極推動激光器-人工智能（AI）協(xié)同控制、飛秒激光精度、高功率安全限值、固體激光器性能評級等基礎通用領域的國際標準制定。同時，推動建立國際標準和國內標準同步推進機制機制，大幅縮短國際標準的轉化周期。

參考文獻

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