淺談全固態(tài)激光器的研發(fā)與應(yīng)用概況

浦雙雙 長(zhǎng)春理工大學(xué)/長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司 任廣勝 長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司呂冬 西南交通大學(xué) 方鉉 長(zhǎng)春理工大學(xué)

引言

激光的應(yīng)用使得我們的生產(chǎn)技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)等都獲得了新的發(fā)展。其作用不僅僅體現(xiàn)在生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，還體現(xiàn)在國(guó)防軍事領(lǐng)域，為此，世界各國(guó)都致力于加強(qiáng)對(duì)激光的研究。全固態(tài)激光器最為近年來新興的激光器，只有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展史，但是卻在激光領(lǐng)域占有重要地位。

1 全固態(tài)激光器的簡(jiǎn)介

全固態(tài)激光器又稱半導(dǎo)體泵浦固體激光器，簡(jiǎn)稱DPSS(Diode Pumped Solid State laser)。全固態(tài)顧名思義就是沒有其他形態(tài)物質(zhì)的存在，部件皆有固態(tài)組成。DPSS的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面，一是體積小，內(nèi)部的零部件被高度集成化，因此，這就使得其在設(shè)備中所占的位置也不大，這在一定程度上減輕了設(shè)備體積。二是重量輕，這使得應(yīng)用設(shè)備又輕體積有小，方便設(shè)備大量運(yùn)輸以及儲(chǔ)存。三是性能穩(wěn)定，DPSS相較于前幾代的激光器，其性能得到了極大的提升，總體效率比其燈泵浦高10倍，而卻功率也有很大的提升。四是可靠性高，DPSS在使用的過程中，激光的質(zhì)量有很大的保證。五是壽命長(zhǎng)，DPSS的壽命是傳統(tǒng)激光器的100倍。通過以上的分析可以看出DPSS不管從哪方面看，都要比傳統(tǒng)的激光器好的多，所有受到了更多行業(yè)的歡迎。

激光器的基本結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1 激光器的工作原理

通過圖1能夠看出激光器的核心是工作物質(zhì)，泵浦源提供的是粒子反轉(zhuǎn)所需要的能源。諧振腔的作用則是控制光束的方向以及頻率質(zhì)量。

2 研發(fā)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，美日德三國(guó)的激光產(chǎn)業(yè)在世界上占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，日本的加工制造業(yè)中激光制造占據(jù)了全行業(yè)的10%，美國(guó)的醫(yī)藥激光技術(shù)更是沒有能夠取代的。我國(guó)的科研人員經(jīng)過近幾年的不斷奮斗，高功率的DPSS主要集中在我國(guó)的高端學(xué)府，例如中科院、華中科技大以及清華大學(xué)等。由此可以看出，世界各國(guó)都將激光技術(shù)作為本國(guó)科研的重點(diǎn)，而且國(guó)家對(duì)研究的扶持力度還在進(jìn)一步加深，這將有利于激光技術(shù)取得更深層次的發(fā)展，更好的為社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力。

3 應(yīng)用概況

3.1 火電場(chǎng)高壓閥門的激光焊接

火電站的高壓閥門在使用的過程中會(huì)造成很大的損害，再加上，對(duì)該閥門的要求是要有足夠的密封性以及抗高溫以及抗氧化性。而且，更換會(huì)增加火電廠的產(chǎn)生成本，因此，就選擇使用激光焊接技術(shù)進(jìn)行閥門的修補(bǔ)。

3.2 在治療上的應(yīng)用

激光打眼技術(shù)的使用幫助很多的近視者摘下了眼鏡，而且還被廣泛的應(yīng)用到眼科疾病的治療當(dāng)中，利用激光的熱作用和壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)疾病的治愈，而且時(shí)間短，痛感小。眼睛作為人體中較為脆弱的一個(gè)部位，傳統(tǒng)的開刀手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)很大，激光技術(shù)的應(yīng)用降低了風(fēng)險(xiǎn)。

4 DPSS在應(yīng)用中的問題

4.1 技術(shù)人員的能力不到位

DPSS應(yīng)用到激光設(shè)備后需要對(duì)技術(shù)人員的操作能力是有一定要求的，并不是所有的人都可以進(jìn)行操作。但是，目前存在一種情況就是DPSS的相關(guān)設(shè)備在引進(jìn)各行業(yè)后，專業(yè)的操作人員少之又少，如果沒有培訓(xùn)人員，行業(yè)中的技能型人才不能在短時(shí)間內(nèi)將設(shè)備的具體操作摸索清楚。再加上，激光技術(shù)如果應(yīng)用不當(dāng)，就會(huì)更操作人員的身體健康帶來一定的危害，所以，必須要提高技術(shù)人員的操作能力。

4.2 推廣的力度小

現(xiàn)階段，雖說我國(guó)在DPSS的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是該激光器并沒有得到大面積的應(yīng)用，這就使得我們的很多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還不夠先進(jìn)，尤其是在工業(yè)產(chǎn)品的制造上，還跟美日德有一定的差距。而且，激光技術(shù)的研究還處于上升階段，很多的方面還不夠完善。尤其是最近大熱的全固態(tài)紫外激光器在我國(guó)的研究深入以及力度都不大，但是該激光器美國(guó)發(fā)展的較為成熟，但設(shè)備價(jià)格不是我們所能接受的，因此這還需要我國(guó)的科研人員加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)。

4.3 設(shè)備的維護(hù)意識(shí)不到位

DPSS的應(yīng)用設(shè)備在使用的過程中也會(huì)造成損耗，這就要求相關(guān)的技術(shù)操作人員定期要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、檢修。但是因?yàn)槿鄙倬S護(hù)的理念以及維修的知識(shí)，因而忽視了對(duì)設(shè)備的維修，導(dǎo)致設(shè)備在使用的過程中出現(xiàn)了故障。故障的發(fā)生不僅會(huì)影響工作，甚至有可能對(duì)操作者的身體健康造成威脅。如果設(shè)備一壞就換新的，這將增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此有必要加強(qiáng)維護(hù)，以延長(zhǎng)使用壽命。因此，設(shè)備的生產(chǎn)廠家有必要做好回訪，加強(qiáng)與使用企業(yè)、單位的聯(lián)系，以幫助他們及時(shí)排除故障。

5 如何解決DPSS在應(yīng)用中的問題

5.1 提高技術(shù)人員的能力

在設(shè)備引進(jìn)后，公司、單位要組織人員對(duì)設(shè)備的操作技能進(jìn)行學(xué)習(xí)，或者是引進(jìn)具有專業(yè)操作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人才，以方便后續(xù)使用過程中的操作。技術(shù)操作人員在通過專業(yè)人士以及標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)后才能正式上崗操作，操作人員自身也要嚴(yán)格要求自己，在操作的過程中嚴(yán)格按照流程進(jìn)行。

5.2 提高推廣力度

國(guó)家相關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的推廣力度，使得各行各業(yè)認(rèn)識(shí)到DPSS的先進(jìn)性。并且要?jiǎng)潛軐ｍ?xiàng)資金，用于高校中的人才培養(yǎng)以及科研活動(dòng)，各大學(xué)校在加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)建設(shè)的同時(shí)，也要加強(qiáng)與國(guó)際上擁有先進(jìn)技術(shù)院校的聯(lián)系，方便我們派遣人員到國(guó)際院校學(xué)習(xí)新技術(shù)，以推動(dòng)我們的技術(shù)創(chuàng)新。

5.3 提升技術(shù)人員的設(shè)備維護(hù)意識(shí)

各企業(yè)、單位在引進(jìn)設(shè)備后要建立相應(yīng)的設(shè)備管理制度，利用制度加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的約束，使得他們能夠定期對(duì)設(shè)備的使用情況進(jìn)行維護(hù)，極大地提升了技術(shù)人員的工作責(zé)任心。維護(hù)人員自身也要不斷學(xué)習(xí)這方面的技術(shù)，并主動(dòng)跟生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員進(jìn)行聯(lián)系，以提高自己的維修技能。

6 對(duì)DPSS的發(fā)展展望

激光技術(shù)的應(yīng)用是推動(dòng)21世紀(jì)發(fā)展、進(jìn)步的最重要因素之一，DPSS作為激光制造的載體之一發(fā)揮了巨大作用。盡管我們的技術(shù)研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是若想持續(xù)在該領(lǐng)域占有重要地位，還需要進(jìn)行更深的研究，通過提高產(chǎn)量，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)等方式，降低DPSS的價(jià)格，使得更多的企業(yè)、單位能夠利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行活動(dòng)。

7 結(jié)束語

激光技術(shù)憑借其優(yōu)越的特性，受到很多領(lǐng)域的歡迎。激光切割技術(shù)的應(yīng)用，提高了自動(dòng)化發(fā)展技術(shù)。激光美容技術(shù)的發(fā)展，滿足了人們對(duì)美的追求。激光手術(shù)治療的發(fā)展，降低了人們手術(shù)的痛感。激光通信的發(fā)展使得我們通信質(zhì)量以及速度不斷提升，激光還有很多其他的作用。但是，任何事物都有臉面，激光對(duì)人體也會(huì)產(chǎn)生很大的危害，對(duì)眼睛的傷害尤為嚴(yán)重，因此被很多心術(shù)不正的人利用。而且當(dāng)激光如果使用的不妥當(dāng)也會(huì)傷害人們的皮膚，甚至產(chǎn)生癌變，所以還需要加強(qiáng)對(duì)激光的防護(hù)。本文對(duì)全固態(tài)激光器的研發(fā)與應(yīng)用概況的研究還存在很大的不足，日后還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行研究、分析。