Review Dan Prospek Mesin Penandaan Laser

Kata "laser" adalah terjemahan literal dari "LASER". LASER awalnya merupakan istilah khusus yang terdiri dari inisial amplifikasi cahaya dengan emisi radiasi terstimulasi. Di negara saya, ini telah diterjemahkan menjadi "Laser", "Laser Cahaya", "Penguat Emisi Stimulasi Cahaya", dll. Pada tahun 1964, Akademisi Qian Xuesen mengusulkan nama "laser", yang tidak hanya mencerminkan konotasi ilmiah dari "stimulasi emisi", tetapi juga menunjukkan bahwa ini adalah sumber cahaya baru yang sangat kuat. Ini tepat, jelas dan ringkas, serta telah diakui dan digunakan dengan suara bulat oleh komunitas ilmiah di negara saya.
Sejak keberhasilan pengembangan laser pertama Tiongkok pada tahun 1961, dengan upaya bersama unit penelitian ilmiah laser, pengajaran, produksi dan penggunaan di seluruh negeri, negara saya telah membentuk bidang teknologi laser dengan kategori lengkap, tingkat lanjut dan penerapan luas, dan telah mencapai kemajuan yang menggembirakan dalam industrialisasi, memberikan kontribusi positif bagi ilmu pengetahuan dan teknologi negara saya, perekonomian nasional dan pembangunan pertahanan negara, serta telah mendapat tempat di kancah internasional.
Pada tahun 1957, Wang Daheng dan yang lainnya mendirikan lembaga penelitian optik profesional pertama di negara saya di Changchun, Institut Optik, Instrumen Presisi, dan Mekanik dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (Changchun) (disingkat "IOM"). Di bawah kepemimpinan para ahli generasi tua, sekelompok pekerja ilmiah dan teknologi muda berkembang pesat, dan Deng Ximing adalah salah satu perwakilan terkemuka di antara mereka. Pada awal tahun 1958, tak lama setelah makalah terkenal tentang prinsip laser oleh fisikawan Amerika Schawlow dan Townes diterbitkan, dia secara aktif menganjurkan pengembangan teknologi baru ini, dan dalam waktu singkat, dia mengumpulkan tim muda dan menengah. -peneliti tua dengan semangat inovatif dan mengemukakan sejumlah besar ide dan skema eksperimental untuk meningkatkan kecerahan, satuan warna, dan koherensi sumber cahaya. Pada tahun 1960, laser pertama di dunia diluncurkan. Pada musim panas tahun 1961, di bawah kepemimpinan Wang Zhijiang, laser rubi pertama di negara saya berhasil dikembangkan. Dalam beberapa tahun berikutnya, teknologi laser berkembang pesat dan menghasilkan sejumlah pencapaian yang maju. Berbagai jenis laser padat, gas, semikonduktor, dan kimia berhasil dikembangkan. Dalam penelitian dasar dan teknologi utama, serangkaian konsep, metode, dan teknologi baru (seperti mutasi rongga Q dan modulasi cermin Q, amplifikasi gelombang berjalan, penggunaan ion renium, radiasi osilasi elektron bebas, dll.) telah diusulkan dan diterapkan. , banyak di antaranya asli.
Pada saat yang sama, sebagai sumber cahaya baru dengan karakteristik luar biasa seperti kecerahan tinggi, pengarahan tinggi, dan kualitas tinggi, laser dengan cepat diterapkan ke berbagai bidang teknis, menunjukkan vitalitas dan daya saing yang kuat. Dalam hal komunikasi, pada bulan September 1964, laser digunakan untuk mendemonstrasikan transmisi gambar televisi, dan pada bulan November 1964, panggilan jarak jauh mencapai 3-30 km. Dari segi industri, pada bulan Mei 1965, mesin pelubang laser berhasil digunakan dalam produksi pelubang kertas gambar kawat, sehingga mencapai manfaat ekonomi yang signifikan. Dalam dunia kedokteran, pada bulan Juni 1965, alat las laser retinal diuji pada hewan dan secara klinis. Dalam hal pertahanan negara, pada bulan Desember 1965, pengintai refleksi difus laser (dengan akurasi 10 meter/10 kilometer) berhasil dikembangkan, dan pada bulan April 1966, velocimeter Doppler laser pulsa yang dikendalikan dari jarak jauh dikembangkan.
Dapat dikatakan bahwa pada tahap awal, teknologi laser negara saya berkembang pesat, dan baik kuantitas maupun kualitasnya mendekati tingkat internasional pada saat itu. Jarang sekali dalam sejarah perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern di negara saya dimana sebuah teknologi inovatif dapat menyamai peringkat negara-negara maju dengan begitu cepat. Pencapaian ini, terutama kemampuan untuk dengan lancar mengubah ide fisik dan solusi teknis menjadi perangkat laser yang sebenarnya, terutama disebabkan oleh kemampuan komprehensif dan landasan kokoh yang dikumpulkan oleh Institut Optik dan Mekanika di bidang optik teknis, mesin presisi, dan teknologi elektronik selama bertahun-tahun. Sulit untuk menciptakan iklim bagi pengembangan teknologi baru tanpa dukungan teknis yang memadai.
Industri sains dan teknologi laser telah mendapat perhatian besar dari departemen kepemimpinan dan manajemen ilmiah sejak awal. Saat itu, Zhang Jinfu, wakil presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, mengusulkan gagasan untuk mendirikan lembaga penelitian laser profesional, yang segera disetujui oleh Komisi Sains dan Teknologi Negara dan Komisi Perencanaan Negara. Wakil Perdana Menteri Nie Rongzhen, yang membidangi ilmu pengetahuan dan teknologi, juga secara khusus menginstruksikan: Institut ini harus dibangun di Shanghai, yang memiliki landasan industri yang baik dan kondusif bagi pengembangan teknologi baru ini.
Sistem laser kaca neodymium energi tinggi "6403" diluncurkan pada tahun 1964, sistem laser daya tinggi dan penelitian fusi nuklir dimulai pada tahun 1965, dan pengembangan 15 jenis mesin laser militer dirumuskan pada tahun 1966, karena kelengkapan dan tingkat kesulitannya yang tinggi. , telah secara efektif mendorong dan mempromosikan pengembangan teknologi laser di Tiongkok. Meskipun industri ilmu pengetahuan dan teknologi laser di negara saya juga mengalami bencana "Revolusi Kebudayaan", industri ini masih bertahan dengan susah payah dan membuat kemajuan yang berharga dengan dukungan proyek-proyek utama.
1 Sistem laser kaca neodymium energi tinggi "6403" diluncurkan pada tahun 1964. Akhirnya, dari sudut pandang teknis ditentukan bahwa efek termal merupakan hambatan teknis yang mendasar dan dihentikan pada tahun 1976. Kontribusi historis proyek ini terhadap Perkembangan teknologi laser berenergi tinggi tidak dapat diabaikan. Hal ini telah membawa teknologi laser negara saya ke tingkat yang lebih tinggi. Pencapaiannya terutama diwujudkan dalam:
(1) Sistem laser amplifikasi osilasi kaliber besar (120 mm) dengan skala teknik dibangun, dengan energi keluaran maksimum 320,000 joule; setelah kualitas pancarannya ditingkatkan, mencapai 30,000 joule.
(2) Integrasi teknologi sistem tercapai, dan percobaan penembakan sasaran berhasil dilakukan. Target aluminium 80 mm ditembus pada jarak 10 meter di dalam ruangan dan target aluminium 0,2 mm ditembus pada jarak 2 kilometer di luar ruangan. Efek biologis dan mekanisme kerusakan material akibat radiasi laser yang kuat dipelajari secara sistematis.
(3) Untuk pertama kalinya, fenomena dan mekanisme kerusakan cahaya pada sistem laser itu sendiri akibat cahaya kuat terungkap.
(4) Untuk pertama kalinya, pentingnya dan konotasi fisik kualitas sinar laser dipahami secara mendalam, dan serangkaian teknologi inovatif untuk meningkatkan kualitas sinar diadopsi, seperti laser rongga tidak stabil tingkat 10,000 joule, laser lembaran, sistem laser amplifikasi pemindaian osilasi, dan diagnosis kualitas sinar baji.
(5) Komponen laser dan teknologi pendukungnya telah melakukan perbaikan terobosan, seperti proses peleburan kaca neodymium dengan daya serap rendah dan keseragaman tinggi, xenon berdenyut energi tinggi, film dielektrik berkekuatan tinggi, pemrosesan presisi optik kaliber besar (1,2 meter), dll.
(6) Sekelompok tim tulang punggung teknis dibina dan dilatih.
1. Sistem laser berkekuatan tinggi dan penelitian fusi nuklir Pada tahun 1964, Wang Ganchang secara independen mengusulkan inisiatif fusi laser, dan proyek tersebut didirikan pada tahun 1965 untuk memulai penelitian. Setelah beberapa tahun kerja keras, perangkat laser nanodetik dengan daya keluaran 10 (superskrip 10) watt dibuat, dan pada bulan Mei 1973, neutron pertama kali diproduksi pada target deuterium padat suhu rendah, target litium deuterida suhu kamar, dan target deuterium padat suhu rendah. polietilen yang dideuterasi. Pada tahun 1974, penguat chip multi-pass pertama di negara saya berhasil dikembangkan, yang meningkatkan daya keluaran laser sebesar 10 kali lipat dan hasil neutron sebesar urutan besarnya. Setelah prinsip kompresi sentripetal internasional diuraikan, kami secara aktif menindaklanjuti dan mengembangkan sistem laser enam sinar pada tahun 1976, menyinari target cangkang kaca berisi gas dan mencapai kompresi volume hampir 100 kali lipat. Serangkaian terobosan besar ini telah memungkinkan penelitian fusi laser negara saya memasuki peringkat terdepan di dunia dan meletakkan dasar bagi pembangunan berkelanjutan jangka panjang di masa depan.
2. Penelitian laser militer Pada bulan Desember 1966, Komisi Sains dan Teknologi Pertahanan Nasional mengadakan pertemuan perencanaan laser militer, yang dihadiri oleh lebih dari 130 orang dari 48 unit. Pertemuan tersebut merumuskan rencana pengembangan termasuk 15 jenis mesin laser lengkap dan 9 teknologi pendukung. Meski belum disetujui secara resmi, namun tetap memainkan peran yang bermanfaat dalam mendorong pembangunan. Pada tahun-tahun berikutnya, sejumlah prestasi penting muncul di bidang ini. Misalnya:
(1) Uji awal teknologi jarak laser jangkauan target berhasil: menggunakan laser YAG Q-switched dengan frekuensi pengulangan 20 Hz, akurasi jangkauan lebih baik dari 2 meter, dan jarak pengukuran maksimum adalah 660 kilometer. Ketika ditambahkan ke theodolite, ia dapat mencapai penentuan orbit stasiun tunggal dari target terbang. Pencapaian ini telah menciptakan kondisi yang diperlukan untuk penyelesaian pengukuran lintasan fase masuk kembali rudal antarbenua.
(2) Jangkauan satelit laser Ruby: berhasil mengukur satelit eksperimental AS Expl-27, 29 dan 36, dengan jarak terukur maksimum 2.300 kilometer dan akurasi sekitar 2 meter. Ini adalah hasil jangkauan satelit buatan generasi pertama, yang meletakkan dasar bagi satelit buatan masa depan yang memiliki jangkauan lebih jauh dan presisi lebih tinggi.
(3) Radar laser Ruby dan radar laser inframerah udara, untuk pertama kalinya merealisasikan pelacakan dan jangkauan pesawat dari darat ke udara dan udara ke udara.
(4) Instrumen survei udara laser: Menggabungkan pengintai laser dan kamera udara, pesawat melakukan survei darat untuk menyelesaikan pemetaan daerah terpencil dan medan kompleks lainnya. Kecepatan pengulangannya adalah 6 kali/menit, dan akurasi jangkauannya adalah 1 meter.
(5) Pengukur jarak laser meriam darat: Dapat secara mandiri menyelesaikan fungsi observasi, jangkauan, pengukuran sudut (arah dan sudut elevasi) dan orientasi jarum magnet. Jarak jangkauannya adalah 300-10,000 meter, dan akurasinya 5 meter. Dalam hal aplikasi laser, komunikasi laser Nd:YAG (saluran 3-12), komunikasi laser He-Ne, dan komunikasi laser semikonduktor saluran tunggal/tiga telah berhasil dalam uji komunikasi; peralatan medis seperti pisau bedah laser Nd:YAG, pisau bedah laser CO2, dan instrumen iridektomi laser juga telah digunakan; holografi laser, penerapan holografi laser pada fotoelastisitas bidang, holografi dinamis laser berdenyut, dan spektrofotometer Raman telah menjadi sarana baru dalam ilmu metrologi; Mesin pemotongan laser CNC, kolimator laser, pemisahan laser sulfur isotop, laser cair untuk penelitian pertanian, dan tampilan navigasi layar besar juga telah diterapkan di industri dan pertanian. Pada Konferensi Sains Nasional yang diadakan pada bulan Maret 1978, hampir 80 proyek laser diberikan, termasuk sekitar 70 produk sipil dan sekitar 10 produk militer, yang secara komprehensif mencerminkan pencapaian pengembangan teknologi laser negara saya selama periode ini.
Sejak reformasi dan keterbukaan, teknologi laser telah memperoleh peluang pengembangan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Selama 20 tahun terakhir, ilmu pengetahuan dan teknologi laser telah mencapai kemajuan yang belum pernah terjadi sebelumnya, menghadapi penerapan, dunia dan masa depan, dan sejumlah pencapaian maju secara internasional telah muncul, meletakkan dasar yang kuat untuk abad ke-21.
Pada bulan Mei 1980, konferensi laser internasional pertama diadakan di Shanghai dan Beijing, dengan 218 delegasi (66 dari luar negeri) dan 113 laporan (65 dari luar negeri). Kamerad Deng Xiaoping dengan hormat menerima delegasi Tiongkok dan asing. Konferensi internasional kedua dan ketiga diadakan di Guangzhou pada tahun 1983 dan Xiamen pada tahun 1986, mengubah situasi operasi tertutup teknologi laser di negara saya selama bertahun-tahun dan mulai mendunia. Sejumlah besar talenta muda di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi pergi ke luar negeri untuk studi lebih lanjut, dan sejumlah besar talenta berprestasi kembali ke Tiongkok setelah menyelesaikan studi mereka.
Untuk membentuk pusat penelitian dan pengembangan tingkat tinggi, tim penelitian ilmiah dan tata letaknya disesuaikan secara aktif, dan sejumlah laboratorium utama nasional, laboratorium terbuka, pusat penelitian teknik nasional, dan organisasi penelitian industri-universitas didirikan. Dengan instrumen dan fasilitas yang canggih secara internasional, talenta ilmiah dan teknologi tingkat tinggi, dan mekanisme operasi yang relatif fleksibel, perusahaan ini memainkan peran penting dalam transformasi pencapaian ilmu pengetahuan dan teknologi laser, penciptaan hak kekayaan intelektual independen, dan promosi laser. industrialisasi teknologi.
Teknologi laser telah dianggap penting dalam banyak rencana ilmu pengetahuan dan teknologi strategis nasional. Di antara tujuh bidang utama dari rencana "863", terdapat teknologi laser dan teknologi optoelektronik (termasuk teknologi laser yang digunakan dalam bidang informasi), dan pada tahun 1995, tema "fusi kurungan inersia" ditambahkan. Pra-penelitian pertahanan pada teknologi optoelektronik secara resmi ditetapkan sebagai proyek lintas departemen, yang juga mencakup teknologi laser. Teknologi laser terdaftar sebagai proyek besar dalam "Rencana Lima Tahun Keenam" dan "Rencana Lima Tahun Ketujuh" nasional. Selain itu, National Natural Science Foundation mendanai rata-rata 27,6 proyek laser per tahun dari tahun 1986 hingga 1998. Rencana yang didukung negara ini telah dibuktikan sepenuhnya dan dipilih secara ketat, dan sangat penting bagi perekonomian nasional dan pembangunan pertahanan nasional. Banyak unit penelitian laser juga telah mengambil inisiatif untuk mereformasi sistem organisasi dan mekanisme operasi mereka, menghadapi pasar, mendorong inovasi, dan dengan penuh semangat mendorong transformasi pencapaian ilmu pengetahuan dan teknologi menjadi komoditas, dan telah mencapai hasil yang memuaskan.
Penelitian laser telah berkembang secara mendalam, terus-menerus mengejar tujuan seperti kualitas sinar tinggi, stabilitas tinggi, umur panjang, pulsa pendek, dan panjang gelombang yang dapat disesuaikan. Selama periode ini, teknologi laser telah mencapai hasil yang bermanfaat, banyak di antaranya memiliki nilai penerapan yang signifikan dan mencapai tingkat mahir internasional. Prestasi yang representatif meliputi:
1. Pengukuran jarak dan pengukuran satelit Generasi baru sistem pengukuran jarak praktis telah digunakan dan menyelesaikan tugas-tugas penting yang dijadwalkan. Diantaranya, teodolit film laser 718 dan G-179 mulai digunakan dan berhasil menyelesaikan tugasnya; uji lapangan pelacakan laser dan jangkauan radar penuh pertama berhasil; radar laser inframerah praktis pertama (G-168) dirancang dan diselesaikan serta diserahkan kepada pengguna; pengukur jarak laser militer taktis (artileri, tank, perangkat genggam) diproduksi secara massal. Sistem jangkauan laser satelit buatan generasi ketiga dibangun dan mulai digunakan serta mencapai standar internasional. Akurasi jangkauan sistem SLR rubi generasi pertama adalah tingkat meter, keakuratan laser YAG Q-switched generasi kedua adalah tingkat desimeter, dan keakuratan laser terkunci mode generasi ketiga plus sistem komputer mikro adalah tingkat sentimeter pada jarak lebih dari 8,000 kilometer. Stasiun telah didirikan di Shanghai, Wuhan, Changchun, Beijing, dll., membentuk Jaringan China, dan data berpartisipasi dalam pertukaran internasional.
2. Penggerak laser fusi pengurungan inersia (ICF) - seri "Shenguang" Di bawah bimbingan Wang Ganchang dan Wang Daheng, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok dan Akademi Teknik Fisika Tiongkok mulai bersama-sama mengatasi masalah-masalah utama pada tahun 1980-an, melakukan pengembangan dari sistem laser seri "Shenguang" dan eksperimen fisik ICF, dan mencapai pencapaian yang terkenal secara internasional. Diantaranya, perangkat laser "Shenguang-I" yang dibuat pada tahun 1986, dengan daya keluaran 2 triliun watt, mencapai tingkat lanjutan dari perangkat internasional serupa. "Shenguang-I" telah beroperasi selama 8 tahun berturut-turut, dan telah mencapai sejumlah hasil fisik kelas dunia di bidang mutakhir seperti ICF dan laser sinar-X. Pada tahun 1990-an, perangkat "Shenguang-II" dengan skala empat kali lebih besar dan kinerja lebih canggih dikembangkan dan akan segera dioperasikan. Pada tahun 1995, ICF disetujui sebagai proyek dalam "863 Rencana" dan mulai mengembangkan driver laser raksasa lintas abad - perangkat "Shenguang-III". Keseluruhan penelitian desain dan teknologi utama telah mencapai serangkaian hasil tingkat tinggi.
3. Laser baru Dua laser kimia gelombang kontinu berdaya tinggi, laser fluor deuterium (DF) 3.8-mikron dan laser oksigen-iodin (COIL) dengan panjang gelombang pendek 1.315-mikron, telah membuat terobosan, dengan kekuatan dan kualitas pancaran sinar yang kedua setelah Amerika Serikat, mencapai tingkat internasional saat ini. Dalam hal laser sinar-X, mekanisme tumbukan laser sinar-X lunak neon-germanium (panjang gelombang 23,2 nanometer dan 23,6 nanometer) telah mencapai saturasi penguatan dan memiliki kualitas sinar yang mendekati batas difraksi, menduduki peringkat terdepan internasional. ; penelitian tentang laser sinar-X yang dipompa senyawa telah memperoleh serangkaian garis spektral baru yang dilaporkan untuk pertama kalinya di dunia, dan telah mencapai panjang gelombang pendek 4,68 nanometer. Laser elektron bebas dan laser merdu multi-panjang gelombang juga telah mencapai kemajuan yang menggembirakan.
4. Kristal baru merek Tiongkok mendunia Kristal BBO, LBO, serta KTP, safir titanium, dan kristal lain yang ditemukan oleh Tiongkok di negara saya menikmati reputasi tinggi di pasar internasional karena kualitasnya yang sangat baik dan menempati pangsa tertentu.
Meskipun prototipe industri laser telah muncul dalam pemrosesan (pengeboran laser), peralatan medis, dan pengukuran jarak sejak awal tahun 1960-an, pada saat itu, prototipe tersebut hanya merupakan produksi penelitian dan pengembangan skala kecil yang sporadis dan tersebar, dan gagal membentuk iklim. . Baru setelah reformasi dan keterbukaan Tiongkok benar-benar mendapat perhatian dan memulai secara substansial, terutama di bawah orientasi kebijakan "mengembangkan teknologi tinggi dan mewujudkan industrialisasi", negara saya memiliki industri laser yang nyata.
Pada bulan Januari 1987, Asosiasi Industri Optik China didirikan, dan kemudian berganti nama menjadi Asosiasi Industri Optik dan Optoelektronik China, yang memiliki cabang laser. Menurut statistik survei asosiasi industri mengenai status industri laser di negara saya pada tahun 1998, terdapat sekitar 100 unit produksi produk laser utama di negara tersebut, dengan 6.400 karyawan dan penjualan rata-rata 125,000 yuan per orang, terutama didistribusikan di Hubei, Beijing dan Shanghai. industri laser di negara saya meningkat dari 100 juta yuan pada tahun 1988 menjadi 800 juta yuan pada tahun 1998, dengan pertumbuhan tahunan rata-rata sebesar 22,3%, dan total penjualan dalam 10 tahun mencapai 4,12 miliar yuan. Pada tahun 1998, ekspor mencapai 11,2 juta dolar AS, menyumbang 11,6% dari total nilai.