【中国科学报】接地气的“铸剑师”

半导体激光,工业生产,

科研人员进行半导体激光切割光源实验。

这些人眼难以观察到的激光,可在汽车钣金切割、石油管道切割等应用中大显身手。

“君不见昆吾铁冶飞炎烟,红光紫气俱赫然。良工锻炼凡几年,铸得宝剑名龙泉……”从唐朝诗人郭震所著的《古剑篇》中,我们似乎看到了烈焰灼灼的宝剑铸造场景。

现在,具有收藏价值的宝剑早已成为博物馆中的珍品。而另一种削铁如泥的“宝剑”——激光,已被大量用于工业生产制造。

日前,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)大功率半导体激光组成功研制开发出高光束质量半导体激光切割光源系列产品。

“这个系列的激光器突破了半导体激光光束整形、光纤耦合、可靠性处理等关键技术,输出功率达500至1000瓦。”长春光机所副研究员朱洪波告诉《中国科学报》记者。

他进一步解释道,这些人眼难以观察到的激光,可在汽车钣金切割、石油管道切割等应用中大显身手,在激光薄板切割方面可以与光纤激光器和固体激光器相媲美。

目前,这个系列产品已经为多家企业订货,即将用于高铁车身钣金切割等领域。

据科研人员介绍,激光切割主要是采用激光束照射到金属工件表面时瞬间释放的高能量来使工件熔化并蒸发,达到切割的目的。它属于非接触式加工,相比传统的加工方式具有加工速度快、精度高、不产生废料、无刀具磨损等优点。

1960年,人类历史上出现了第一台激光器——红宝石激光器。作为新中国成立的第一个光学精密机械研究基地,长春光机所在1961年就研制成我国第一台红宝石激光器,仅比世界上第一台激光器晚一年。半个世纪过去,激光加工技术经历了飞速发展,作为一项先进制造技术,已在工业领域得到广泛应用。

“半导体激光切割光源具有材料吸收效率好、电光转换效率高、高可靠性等优点。”朱洪波说。

近年来,长春光机所大功率半导体激光组对基础器件封装以及光束整形、光纤耦合等关键技术展开攻关。

从最初的设计到装调,再到可靠性测试、技术改进,直至最后铸好这一“宝剑”,科研小组耗时一年多时间,并达到工业化应用水平。

令他们兴奋的是,这一系列产品的各项性能获得了几乎所有到大功率半导体激光组实验室参观的人的认可。

实际上,大功率半导体激光组进行这一项目的研发,是一次“接地气”的尝试。

最近几年,我国对加工制造业给予大力扶持。最初,激光加工业享受高附加值,不少制造企业多采用CO2激光器和光纤激光器进行切割,相对而言,这些激光器电光转换效率低、运行成本高,节能减排不明显。

随着激光加工业不断发展和市场需求量的迅速增大,以上问题逐渐凸显。因此,不少企业开始寻找高可靠性、低成本的激光加工光源,作为激光加工业的配套,降低成本。比如,在10毫米以下薄板材加工业中,半导体激光切割具有低能耗、高可靠性的优点,能耗达到光纤激光器的二分之一,二氧化碳激光器的四分之一至五分之一。

“这符合国家节能减排的发展方针。例如,对于一个大型制造业企业而言,仅通过该技术的应用就可节省一笔可观的电费。”朱洪波说。

激光加工是目前工业加工领域的前沿技术,激光加工技术的水平直接代表了国家的工业基础水平。“这项产品的成功研制填补了国内空白,并打破了国外半导体激光器及高端产品对国内的垄断,提高国内激光装备制造业水平,促进产品更新换代。”朱洪波表示,下一步他们将在其他加工领域广泛推广半导体激光切割技术。

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责任编辑:范琪
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