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《千人》雜志記者專訪陳義紅博士
發布人:新特光電 時間:2018-03-22 關注:

快過刀,準超尺,亮勝光,激光正成為21世紀最為矚目的高新技術之一

20世紀以來,繼核能、計算機、半導體之后,人類又有一重大發明——激光。1960年,美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光,這是人類有史以來獲得的第一束激光。

伴隨著激光的廣泛應用,激光技術也得到很快的發展和推廣,無論是現代工業、農業、醫學,還是國防、通信、科研領域均可見它的“身影”。激光的問世引起了現代光學技術的巨大變革,但面向專業領域的中高端激光加工成套裝備和配套技術暫不能完全滿足行業需求,在激光核心技術層面仍存在諸多問題。借此,《千人》雜志專訪國家“千人計劃”專家、武漢新特光電技術有限公司董事長陳義紅博士,暢談激光的獨特魅力及廣泛應用,并為激光的產業化難題建言獻策。

國家千人計劃陳義紅博士

陳義紅,國家“千人計劃”專家、武漢新特光電技術有限公司董事長

激光特質:三“好”一“高”

激光被稱為“最快的刀”、“最準的尺”和“最亮的光”,陳義紅博士將它的特有個性總結為四個字:三“好”一“高”。三“好”指的是:相干性好、單色性好、方向性好,一“高”即高亮度。激光的廣泛應用,均來源于這四個獨特的性質。陳義紅博士詳細解釋了這四個特性的具體含義:

激光的頻率、振動方向、相位高度一致,使激光光波在空間重疊時,重疊區的光強分布會出現穩定的強弱相間現象,這種現象叫做光的干涉。而普通光源的光是向四面八方發射的,光能無法高度集中,發生干涉時,激光形成的干涉圖樣更穩定。故稱激光的相干性好。

普通的光呈現七種顏色,其波長各不相同,頻率范圍很寬,而激光是一種單色光,單色性好,頻率范圍極窄,發散角很小,只有幾毫弧度。激光的單色特性在光譜技術及光學測量中也得到廣泛應用,已成為基礎醫學研究與臨床診斷的重要手段。

激光在傳播中始終像一條筆直的線,不易發散。它聚焦以后的光斑很小,如用激光束來切鋼板、切木塊,光斑越小,切得縫就越細。“舉個簡單的例子,手電筒打出去的光,光斑越來越大,它的發散角就很大,但是激光的發散角很小,也就是說它的方向性很好。另外還有一個例子,一束激光打在月球上面,光斑的大小大概是一公里左右,但如果是普通的手電筒或其他光束聚焦后打過去的光,可能就有兩千公里的光斑了,所以說其它光與激光的方向性還是相差很遠的。”陳義紅博士解釋說。

高亮度,實際上是講單位面積里的功率或能量。激光的亮度極高,所以能夠照亮遠距離的物體,激光亮度極高的主要原因是定向發光,大量光子集中在一個極小的空間范圍***出,能量密度自然極高。激光的高能量是保證激光臨床治療有效的最可貴的基本特性之一,利用激光的高能量還可使激光應用于加工工業及國防軍事等。

激光的特性促使它在工業生產、通訊、醫療、軍用武器等多個領域得到廣泛應用,并為國家的長足發展“添磚加瓦”。

上世紀60年代,激光才被發明出來,近代光學進步很大,激光器的品種日益增多,激光的應用也迅速普及。激光的發展前景如何?陳義紅博士認為:21世紀是光的世界,光的核心是激光技術,激光的應用會越來越普遍,越來越走進我們的日常生活。

激光是人造的光源,因為有了激光,整個光學科技都發生了變化,激光不僅改變著我們的生活狀態,也推動我們的經濟和科技水平不斷提高。激光技術作為光的核心,正成為21世紀最為矚目的高新技術之一。

國內激光產業現狀:基礎弱、應用強

激光屬于高新技術領域,國內外都很關注,也很熱門。激光從技術的角度來講絕對是一個惠及大眾的發明,它的出現,帶動了其它產業的升級換代。比如說:電通訊變成光通訊,光通訊和原來的電通訊都是很大的飛躍。計算機方面也是一樣,由原來的電子計算機到現在的光計算機,它的速度和容量都得到了極大提升。

中國的激光產業發展迅猛,陳義紅博士認為主要表現在兩個方面:

第一,增長率高。目前激光產業的增長率一直不低于15%,通常業內人士說的是15%到23%左右,實際上也體現了激光產業的發展還是有“后勁”的;

第二,現在各個地方,大家都熱衷于從事這個行業。比如說武漢、廣東、長三角的溫州和宿遷、遼寧的鞍山等,都在建立建設高端激光產業園,在技術層面,大家都認可和接受,另外大家對激光市場廣泛應用的前景,也是十分看好的。因為激光能夠帶來技術的進步、產業的轉型升級,所以大家都很認可它所能帶來的技術進步和長期發展。

我國激光產業雖起步較晚,但已取得不錯的成績,無論是數量還是質量,都日益與國際水平接近。正所謂“知己知彼”才能“百戰不殆”,欲趕超國際水平,必先知其差距。

在陳義紅博士看來,國外主要是激光配件、激光器等基礎領域比國內做得好,在應用和系統集成方面,中國略占優勢。中國可以說是一個世界大工廠,也就催生了激光應用需求的增加。最具代表性的美國IPG光纖激光公司,它的三分之一產品銷售都在中國,說明中國的市場可觀,中國在應用層面的優勢明顯,中國需要引進的是國外的技術基礎,而國外需要的是中國的市場。

激光器和設備本身的產值并不高,國內的激光產值大概有五百個億,該產值其實是非常低的,但和激光相關的產業所貢獻的GDP卻遠遠大于激光的產值,因為很多應用都用到了激光技術,比如說,汽車車身會用到激光切割、激光焊接,汽車零部件基本上都會用到激光的切割、焊接、標記等,如果把這些也算進來,產值就會很大,但實際上激光器的產值很低。做汽車車身的切割,買一臺激光切割機就夠了,大約一兩百萬,但是它產生的產值和附加值是很大的,所以激光本身的產值并不大,但是對國民經濟有巨大推動和帶動作用。所以有報告說美國GDP中51%與激光相關。

激光的產業化應用究竟有何難點?為什么激光本身的產值這么低?陳義紅博士的看法:

第一,激光技術本身的投入相對來說會比較大。

從整個激光行業產品的價格方面來看,整個工業激光的應用市場,排在第一位的是光通訊,也就是通訊娛樂,第二是工業激光(主要是材料加工)。工業激光中,以前的第一大產業是激光打標,因為激光打標機相對比較便宜,目前激光打標是第二位,激光切割是第一位,因為激光器成本的降低,使得它的推廣應用比較容易,另外一方面是激光技術本身的進步,使得激光切割機、高功率激光器已達到工業應用水準。

第二,激光設備的應用。

包括光學、機械、電子、控制和軟件等方面技術,這就需要有相關方面知識的人員。激光技術和應用相對來說比較難,不是簡單的東西拿著就會用,需要花費時間和精力去培養高層次人才,包括設計人才、應用人才、設備維護等。

第三,將激光設備或應用的成本降下來,這也是需要解決的難點。

如果這個問題不解決,激光就無法大面積推廣和應用。很多激光應用要進行一些可行性研究,比如說以前用刀切割,現在改用激光器了,這里面就牽涉到激光與物質相互作用的機理,怎么樣切得好、怎么樣切得快,這就需要做研究工作,也就是說激光技術的推廣應用還需要一個過程。

針對以上問題,陳義紅博士認為:一方面需要政府政策方面的支持,包括資金政策方面;另一方面需要商業和市場的支持,更多的是投融資,包括貸款來促進企業的發展和激光應用。

激光未來:在工業應用和激光醫療領域發力

1979年,那時激光剛出現不久。即將步入大學時,17歲的陳義紅偶然看了正熱播的國產電影《珊瑚島上的死光》,講述的是一個科學神話“死光”的曲折故事,片中那耀眼的神秘光束引起了他的好奇心。在當時,激光是一門新興學科,而青年人喜歡追逐時髦的新事物,因為這樣一個“新鮮”學科的吸引,陳義紅開始了他漫長的激光之旅。

2001年,陳義紅博士回到武漢先后創立了武漢大華激光科技有限公司和武漢新特光電技術有限公司。那時,激光應用實際上很少,因為激光器、激光配件、激光基礎研究等都不是很完善,還沒有形成一個完整的產業鏈。

“我覺得激光跟其它行業不太一樣,激光行業里面,新的技術、新的產品、新的應用層出不窮。不是說做出一個產品,能保持個三、五年,或者說就用這個產品一直去做市場,激光行業淘汰、升級非???,要不斷創新,才能站穩腳跟。”

陳義紅博士從事激光研究三十余年,獲得了五十多項國家專利,在激光科研途中持續創新。

激光產業是一個新興產業,更是一個朝陽產業。

陳義紅博士看好激光在工業應用領域的發展。激光器的性能和參數不斷改進,新的激光器將如雨后春筍,它會最先用在工業領域,因為工業應用可以帶動其他行業生產效率的提升,會給下游帶來比較直接的利益,所以激光工業應用的前景肯定是很好的。

同時,他也比較看好激光在醫療領域的發展。激光診斷與治療、激光美容,從大概念來講都屬于激光醫療。在國內,激光醫療設備使用進口的比較多,如果將來用國產激光設備替代進口,這個優勢就會特別明顯。中國人從站起來到富起來,馬上要到強起來,健康越來越受人們和社會的關注,自然在激光醫療方面的需求會更大,所以說激光在醫療領域的應用市場也會進一步擴展。

激光行業壓力不斷,不進步就會被淘汰。技術發展的趨勢和市場的需求推動著激光行業的技術進步、產品升級、應用更新。不管是實用新型專利還是發明專利,都是在研究、應用、設計各個方面的進步。創新不易,持續創新更難,陳義紅博士總結了企業創新的四大“法寶”:

第一,興趣。興趣是創新的“驅動力”。愿意“沉迷”于某項科學研究,才能獲得新突破,也許并不需要市場利益的驅動,因為創新就是你的理想。

第二,人才。人才是創新的“根基”。我國激光企業日益增多,人才的需求量很大,有了人才,就有了技術,也有了資金,這是創新的先決條件。

第三,資金。資金是創新的“源動力”。資金投入是激光產業化的必要條件和基礎,為了適應我國從計劃經濟向市場經濟轉變的要求,對現有投資政策進行調整,建立一種多元投資體系,即包括政府、企業、集體、個人、金融機構等多種投資渠道。政府投資增加,帶動非政府的社會投資迅速增加,來適應激光產業的發展。

第四,環境。良好的環境是創新的“墊腳石”。我們現在的環境是最好的,國家一直在倡導“雙創”,也做了很多工作,提出了很多政策。從這個角度來看,現在是創新創業的最好時機。

創新,是個人進步的階梯、企業發展的推動力,更是強國的需要。

未來陳義紅博士會將重心放在兩個方面,一個是高端的智能激光裝備,包括精密激光加工、半導體激光微加工、三維激光加工等;另一個是激光人才培養,企業發展離不開人才,陳義紅博士的武漢新特光電公司,一方面自己培養人才,另一方面,大力招聘激光領域高端人才,來與企業一起發展成長,為企業的上市和快速發展做一些準備和鋪墊。

(文:《千人》雜志記者 何葉;原標題:《政策、全方位支持,助力激光產業飛躍發展》;注:原文刊登在《千人》雜志2018年總第64期)

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