雷射管及雷射器初始區別與發展概論(下)

二、日本雷射初始

70年初日本光電產業技術協會公佈日本雷射光電產能年產值。按美國光電工業發展協會看法，日本在顯示器、光電存儲、光電通訊及硬式Copy組成的光電產業中已超過了美國和歐洲，在世界上占主導地位。也可以看出日本雷射加工設備及醫療設備則占比例極小。在80年代初雷射加工設備曾占日本光電產業總產值37%，後來由於光電存儲、光電通訊、顯示器及半導體雷射器迅速發展，十多年來已發生了很大的變化。八十年代初，日本產業界積極採用雷射加工，並逐步擴大到焊接。統計日本占當今世界上工業用雷射設備30%左右，雷射加工是日本重要基礎製造技術之一。日本現用於材料加工是大功率CO2雷射器和Nd︰YAG雷射器，少量準分子雷射器也已使用，而新開發氣體雷射器有波長10.6微米CO2雷射器、波長5微米一氧化碳雷射器、波長1.3 微米碘雷射器及二極體激厲固態雷射器紫外準分子雷射器等。現二氧化碳雷射器功率多為500W，而理論上可高達100KW，近期已達到 20kW。且其功率越大，效果越好，故日本對二氧化碳雷射器開發研究寄以期望。大功率一氧化碳雷射器是日本業創造研究所和三菱重工聯合研製，89年實現了連續4小時5kW，短時間達7kW振盪輸出。93年其輸出功率已達到 20kW，它在切割焊接中正嶄露頭角，而高功率碘雷射器是日本產業創造研究和川崎重工一起開發，1989年實現了近紅外振盪，屬化學雷射器，特徵是振盪效率極高，5kW一氧化碳雷射器、1kW碘雷射器裝置已設立在92年4月成立雷射應用工學中心。弧光燈激厲固態雷射器放大都為3kW，因其存在功率增大導致光束發散角偏大和脈波振盪重複頻率低缺點，日本正努力研製半導體激厲YAG雷射器來取而代之。1kW二極體激厲YAG雷射器由正由日本國立研究所製成。

大功率準分子雷射器及其在材料加工中應用開發研究引起極大興趣。它可利用短波長高能光子不產生熱量分子水準加工。日本通產省工業技術院提出18家民間企業與3所國製成2kW級Xecl準分子雷射設備。雷射加工切割靈活性、高精、高速、高可靠性、高效率等優點，不僅在薄板工業上，而且在金屬、塑膠、陶瓷業中也廣為使用。最近5軸或6軸三D雷射切割自動化機器已在日本汽車、機械、電機重工中大顯身手。雷射焊接在日本電子、電機、汽車、車輛零部件，OA機器等小件、大量生產中得到迅速發展，是本產業界生產線上成功應用雷射焊成為世界所矚目。如汽車車體製造日本大膽採用坯料時就將薄鋼板實施雷射焊接後沖壓成型新方法，現為全球絕大多數汽車廠家所仿效。日本以5kW及10kW二氧化碳雷射焊代替了閃光對焊進行製鋼業軋鋼捲材連接。在薄、中厚板鋼管、進階薄型不鏽鋼製造時，與高頻電焊、TIG焊相結合，保證了穩定性。日本致力於雷射超薄板焊接研究，如板厚100微米以下箔片，無法熔焊，但透過有特殊輸出功率波形YAG雷射焊得以成功，顯示了雷射廣闊前途。日本自豪的是在世界上首次成功開發了將YAG雷射焊用於核回應堆中蒸氣發生器細管維修，這是日本最大利用YAG雷射（波長1.06微米）以石英光纖遙控傳輸和集周邊設備之大成尖端技術。隨著今後3kW以上高功率、高亮度且控制維修性皆佳的YAG雷射器和新一代二極體雷射激厲大功率固態雷射器誕生，軟硬體配套，預計這領域雷射技術還會有新突破。

日本雷射加工機年銷售額為558 億日元，YAG雷射加工機年銷售額為177億日元，總計為735億元日。CO2雷射加工機主要應用於切割和打孔（占總台數的94.8%），焊接（2.8%）；而YAG雷射加工機主要應用於標印（34.5% ），焊接（27.7%），微調（10%）和切割、打孔（8.9%）。日本生產CO2雷射器廠商有60家，生產CO2雷射加工機主要製造廠商為三菱、松下、Amada和Mazak等，占日本雷射加工市場70%左右。另外德國Rofin-Sinar雷射和日本Marubeni及 Nippei Toyama合資經營；德國Trumpf雷射技術和日本石川島播磨重工合資經營，這表明德國CO2雷射加工機已進入了日本雷射加工市場。日本生產YAG雷射器有日本電氣、富士電視、東芝等30家生產廠家。約70-80%CO2雷射器用於切割，約有70%YAG雷射器用於電子工業。另外日本已建立了2500家雷射加工廠。近年，以每年新200-300家速度在遞增。日本雷射醫療始於Ar雷射眼底凝固、外科二氧化碳雷射刀、內科Nd︰YAG雷射內窺鏡等迎來了光能熱利用雷射醫療第一代。

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