激光器技術(shù)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(zhì)、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(zhì)之間的回路，增益介質(zhì)指可將光放大的工作物質(zhì)。在工作狀態(tài)下增益介質(zhì)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(jì)以來繼原子能、計算機科學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)后給世界帶來深遠(yuǎn)影響的又一深刻變革，現(xiàn)如今激光器及其技術(shù)向前發(fā)展的步伐從未停止，技術(shù)水平逐步提高，應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)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(jìn)。

1激光器技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

1.1激光器分類

激光器可按照工作介質(zhì)、工作方式、輸出波長、激勵方式、輸出功率等維度進(jìn)行分類。按工作介質(zhì)可將激光器分為固體激光器、半導(dǎo)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(xué)泵浦激光器、熱泵浦激光器以及應(yīng)用在特殊領(lǐng)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(jìn)行分類，詳見圖1激光器分類圖。

1.2激光器的技術(shù)發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用

激光器的技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了基礎(chǔ)奠基期、產(chǎn)業(yè)化突破期、智能化進(jìn)階期等3個關(guān)鍵時期。1961年，我國研制的首臺紅寶石激光器誕生，科學(xué)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(yīng)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(shù)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(shù)通過側(cè)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(yīng)算法優(yōu)化光束質(zhì)量等智能化手段使得激光器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用更加穩(wěn)定與可靠。

目前我國激光器的應(yīng)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(lǐng)域。首先，工業(yè)領(lǐng)域是激光器應(yīng)用占比最高的領(lǐng)域，占比達(dá)到 60% 以上。其以高效、精確的特點，在金屬切割、焊接、打標(biāo)、鉆孔等方面得到廣泛應(yīng)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(jìn)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(lǐng)域的快速增長，占比約達(dá) 20% 以上。再次，激光器在激光打印、激光照明等領(lǐng)域的應(yīng)用也達(dá)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(lǐng)域，激光器在科研實驗中作為重要的實驗工具，為科學(xué)研究提供了更加精確、高效的手段。在醫(yī)療領(lǐng)域，激光器在眼科手術(shù)、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(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

2.1國外標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化組織，但國際電工委員會光輻射安全與激光設(shè)備技術(shù)委員會（IEC/TC76）從激光安全的層面發(fā)布了《SafetyofLaserProducts》（IEC60825），該標(biāo)準(zhǔn)的制定為激光產(chǎn)品的設(shè)計、制造、檢驗、使用、維護(hù)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（NFEN）、意大利統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化組織（UNIEN）、西班牙標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（UNEEN）、丹麥標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（DANSK）、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會（JISC）等區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織相繼發(fā)布了關(guān)于激光器相關(guān)參數(shù)、測試方法及激光安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)行有效的激光器類標(biāo)準(zhǔn)分布在全國光輻射安全和激光設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC284）、全國光學(xué)和光子學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC103）、全國半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC78）、全國通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)25項，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、激光安全標(biāo)準(zhǔn)光、固體激光器[4、氣體激光器、纖激光器等，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)、激光器專用材料標(biāo)準(zhǔn)及部分測試方法標(biāo)準(zhǔn)等的標(biāo)準(zhǔn)空白。

3 激光器標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展建議

一是建立健全綜合標(biāo)準(zhǔn)體系。圍繞激光器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，全面梳理評估國內(nèi)國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)適用性、先進(jìn)性和實施效果，特別是加強國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)的對比分析。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研用各方，制定并實施激光器綜合標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)指南，構(gòu)建激光器產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同生態(tài)，統(tǒng)籌推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，強化標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展跟蹤評估，推動建立“核心技術(shù)突破 + 企業(yè)賦能 + 產(chǎn)業(yè)需求精準(zhǔn)響應(yīng)”三維策略，圍繞激光器產(chǎn)業(yè)需求做好重大標(biāo)準(zhǔn)的提前布局，緊跟核心技術(shù)突破及時開展標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)研制和實施中的主體作用，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工作與核心技術(shù)創(chuàng)新、中試驗證、成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的有效協(xié)同，為新技術(shù)新產(chǎn)品開拓和占領(lǐng)市場提供有力的標(biāo)準(zhǔn)化支撐。

三是加快重大標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先開展重點產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)、試驗方法以及典型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研制。針對激光器市場發(fā)展迅速，持續(xù)提升相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的性能指標(biāo)、安全要求，優(yōu)化完善現(xiàn)有的測試方法標(biāo)準(zhǔn)，逐步提升市場的技術(shù)門檻，倒逼企業(yè)不斷提升自身技術(shù)實力和產(chǎn)品水平，促進(jìn)激光器產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級。

四是推動標(biāo)準(zhǔn)的有效實施。積極發(fā)揮現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化專業(yè)機構(gòu)、技術(shù)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(lǐng)域國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的宣貫、培訓(xùn)，將先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)理念、先進(jìn)方法以標(biāo)準(zhǔn)形式導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)實施”，利用人工智能技術(shù)及時采集分析標(biāo)準(zhǔn)實施情況（生產(chǎn)企業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、用戶方采用的標(biāo)準(zhǔn)等），自動分析各類標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)性和協(xié)調(diào)性，為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)迭代更新提供技術(shù)和市場參考。

五是提升標(biāo)準(zhǔn)國際化水平。鼓勵國內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際電信聯(lián)盟（ITU）等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在激光器領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化活動，培養(yǎng)一批“懂產(chǎn)業(yè)、懂技術(shù)、懂規(guī)則，外語好、善協(xié)調(diào)”國際標(biāo)準(zhǔn)化人才隊伍，主動承擔(dān)激光器國際標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)通用領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)制定。同時，推動建立國際標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)同步推進(jìn)機制機制，大幅縮短國際標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化周期。

參考文獻(xiàn)

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