激光技術(現代激光技術)

在人工智能時代，激光是一種必不可少的工具

我國激光技術和產(chan) 業(ye) 已經邁入國際領先行列，在關(guan) 鍵材料、元件、技術、整機及專(zhuan) 利等方麵已具備自主可控發展產(chan) 業(ye) 的條件

我國成為(wei) 世界上唯一一個(ge) 能夠製造實用化深紫外全固態激光器的國家。這批儀(yi) 器設備直到今日仍然對國外“禁運”

中青年科學家不要都變成科研“富二代”，要爭(zheng) 當戰略科學家。這有兩(liang) 層含義(yi) ，一方麵，在這個(ge) 領域我們(men) 已經有了一定的“家底”；另一方麵，這個(ge) “家”未來的發展不能“守成”。中青年科學家不能滿足於(yu) 躺在前人的“功勞簿”上

文 |《瞭望》新聞周刊記者 姚友明

激光技術被認為(wei) 是人類在智能化社會(hui) 生存和發展的必不可少的工具之一。例如在無人駕駛中，車載激光雷達就可以代替人的眼睛，為(wei) 車輛提供其周邊車況的變化情況。

當前，主要科技大國都高度重視激光技術的科研與(yu) 應用，美、日、歐盟等國家和地區相繼啟動激光技術相關(guan) 研究計劃。我國也十分重視激光技術的研發與(yu) 應用，在國家重點研發計劃“增材製造與(yu) 激光製造”重點專(zhuan) 項擬立項的2018年度項目公示清單中，不乏像高效精密激光增材製造-電解加工整體(ti) 製造技術和飛秒激光精密製造應用基礎研究這些具有前瞻性、戰略性意義(yi) 的項目。

“在激光研究和應用領域，我國總體(ti) 上處於(yu) 國際先進水平，某些方麵是國際領先水平。”中國工程院院士、中國科技大學光學與(yu) 光學工程係主任許祖彥介紹。

許祖彥是我國激光物理和激光技術領域的領軍(jun) 人物之一，他帶領團隊取得一係列開創性成果：發現光學參量效應相位匹配折返現象的普遍性，發明多波長光參量激光器；帶領團隊首次研製成功實用化深紫外全固態激光器；率先在國內(nei) 研製成功激光全色投影顯示，提出激光顯示產(chan) 業(ye) 頂層設計和發展路線圖，率領團隊研製成功首台三基色LD激光電視；率先在國內(nei) 開展高光束質量全固態激光研究等。

近日，許祖彥接受《瞭望》新聞周刊專(zhuan) 訪，講述他在我國激光技術研究和應用領域的思考。

激光是人工智能時代必不可少的工具

《瞭望》：什麽(me) 是固體(ti) 激光？它在我們(men) 日常生活中有哪些應用？

許祖彥：激光的理論基礎起源於(yu) 物理學家愛因斯坦。1917年愛因斯坦提出了一套全新的技術理論“光與(yu) 物質相互作用”。這一理論是說在組成物質的原子中，有不同數量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發，會(hui) 從(cong) 高能級跳（躍遷）到低能級上，這時將會(hui) 輻射出與(yu) 激發它的光相同性質的光，而且在某種狀態下，能出現一個(ge) 弱光激發出一個(ge) 強光的現象。這就叫“受激輻射的光放大”，簡稱激光。

液體(ti) 、氣體(ti) 和固體(ti) 都能產(chan) 生激光。氣體(ti) 有氬氣、二氧化碳，液體(ti) 中的有機染料等。所謂固體(ti) 激光，就是在固體(ti) 內(nei) ，比如在激光晶體(ti) 、激光陶瓷、激光玻璃這些東(dong) 西上產(chan) 生的激光。固體(ti) 激光不像氣體(ti) 激光，它不流動、體(ti) 積小、功能效率高。現在，固體(ti) 激光的波長是可以改變的，即是可以調諧的。

現在我們(men) 正在進入人工智能時代，在這個(ge) 時代，激光是一種必不可少的工具，或者說是手段。比如掃地機器人，如果裝上激光雷達，就能在避障和智能化方麵擁有更好的表現，能夠在最短時間內(nei) 高效率地完成整個(ge) 房屋的清潔工作。

《瞭望》：你曾說激光顯示將成為(wei) 下一代顯示產(chan) 品的主流，為(wei) 什麽(me) 這麽(me) 說？

許祖彥：自主可控地打造新一代顯示產(chan) 品、產(chan) 業(ye) ，圓中國人看中國電視的“中國夢”，是我的奮鬥目標之一。

人類獲取信息80%靠視覺。顯示是人機交互界麵的終端，是通過人眼直接觀看的，具備信息傳(chuan) 播、觀賞娛樂(le) 等功能。顯示處於(yu) 信息產(chan) 業(ye) 鏈的終端，市場巨大。現在全球產(chan) 業(ye) 規模每年在3500億(yi) 美元左右，我國的產(chan) 業(ye) 規模也超過了每年4000億(yi) 元人民幣。顯示產(chan) 業(ye) 是大國必爭(zheng) 之地。

上世紀30年代，世界上出現了黑白顯示技術，到上世紀50年代，產(chan) 生了彩色顯示技術，再到20世紀末，數字顯示技術的出現，解決(jue) 了顯示產(chan) 品的清晰問題。但之前這些技術，都是國外率先實現原理可行的，中國人想看中國電視的“中國夢”，一直沒能實現。

激光顯示技術雖然早在20世紀60年代就被提出，但直到21世紀初才在我國率先實現了原理可行。其原理是以紅、綠、藍三基色激光為(wei) 光源，通過調控三色激光強度比、總強度和強度時空分布進行顯示。激光顯示技術解決(jue) 的是圖像高保真再現問題。激光譜寬窄、方向性好、功率高，能夠精準控製在人眼最佳視覺感知區，易實現8K高分辨高對比度，這些特點是其他所有顯示光源無法同時具備的；激光顯示還有一個(ge) 優(you) 勢就是觀看舒適度高、護眼，因為(wei) 它是漫反射成像、全像素發光、無短波藍光。根據中國電子技術標準化研究院的報告，激光顯示技術具有良好的舒適度，低視覺疲勞，並且沒有短波藍光的傷(shang) 害。

近20年來，激光顯示在我國經曆了從(cong) 原理可行、技術可行到產(chan) 業(ye) 可行的三個(ge) 發展階段。特別是2015年，杭州中科極光科技有限公司建成國內(nei) 首條三基色LD激光顯示生產(chan) 示範線，2017年推出世界首台三基色LD激光電視產(chan) 品。到2019年，我國激光顯示企業(ye) 已有27家，年產(chan) 值超過150億(yi) 元。我國激光技術和產(chan) 業(ye) 已經邁入國際領先行列，在關(guan) 鍵材料、元件、技術、整機及專(zhuan) 利等方麵已具備自主可控發展產(chan) 業(ye) 的條件。從(cong) 技術到產(chan) 業(ye) ，應該說我們(men) 在這個(ge) 領域已經達到了國際領先水平，我們(men) 已經有能力結束進口顯示產(chan) 線的曆史，圓中國人看中國電視的“中國夢”。

2018年底，我們(men) 團隊完成了中宣部委托、工信部下達的“中國新型顯示產(chan) 業(ye) 發展研究”國家智庫重大戰略谘詢課題。我們(men) 建議：以激光顯示產(chan) 業(ye) 為(wei) 主要發展方向，百花齊放，開發諸如電子紙顯示在電子書(shu) 等領域、發光二極管（LED）顯示技術在室內(nei) 外大屏幕顯示方麵的特色市場。

在第十七屆中國（天津）國際裝備製造業(ye) 博覽會(hui) 上，激光切割機進行金屬切割作業(ye) 演示（6月3日攝） 孫凡越攝/本刊

激光技術是我國重要的戰略支撐技術

《瞭望》：為(wei) 什麽(me) 說激光技術是我國重要的戰略支撐技術？

許祖彥：凡是我國有戰略需求而又買(mai) 不來的技術，就是戰略支撐技術。

激光在國家經濟社會(hui) 發展中有很多應用。用固體(ti) 激光，能夠實現製造業(ye) 的跨越式發展。例如去年新冠肺炎疫情期間，西安有一家公司憑借其在超快激光精密製孔方向上多年的技術積累，突破了我國企業(ye) 在生產(chan) 防護口罩熔噴布材料時存在的噴絲(si) 板技術瓶頸。該技術投入市場後，有效提升了噴絲(si) 孔的加工質量，進而為(wei) 熔噴布實現國產(chan) 加工邁進一大步。

激光技術作為(wei) 我國的重要戰略支撐技術之一，支撐作用主要體(ti) 現在兩(liang) 個(ge) 方麵：一是支撐科研前沿，二是支撐國家高新技術產(chan) 業(ye) 。

在支撐科研前沿方麵，2013年，我參與(yu) 的國家重大科研裝備研製項目“深紫外固態激光源前沿裝備研製項目”通過驗收，這個(ge) 係列科研裝備的研製成功，使我國成為(wei) 世界上唯一一個(ge) 能夠製造實用化深紫外全固態激光器的國家。這些儀(yi) 器設備的研製成功及利用這些設備在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體(ti) 、寬禁帶半導體(ti) 和催化劑等研究中獲得的重要成果，使我國深紫外領域的科學研究水平處於(yu) 國際領先地位，並在物理、化學、材料、信息等領域開創了一些新的多學科交叉前沿。這些成果受到了海外學者的高度評價(jia) ，這批儀(yi) 器設備直到今日仍然對國外“禁運”。

在高新技術方麵，我舉(ju) 兩(liang) 個(ge) 案例。一個(ge) 是中科院院士顧瑛的例子，她用激光治療常規血管病，創造了“顧式療法”，這種療法的原理是用激光穿透人的表層皮膚，給出血的內(nei) 髒止血，挽救病人生命而不對病人皮膚造成傷(shang) 害，這一療法在國際上也獲得推廣；還有一個(ge) 是中科院半導體(ti) 研究所的林學春研究員的例子，他開發了激光清洗汽車輪胎模具國產(chan) 化成套方法，製造的相關(guan) 設備不僅(jin) 環保、安全高效，而且降低了我國此前對德國進口類似產(chan) 品的依賴。

《瞭望》：如何評價(jia) 我國激光技術發展的國際地位？

許祖彥：在激光研究和應用領域，我國總體(ti) 上處於(yu) 國際先進水平，某些方麵是國際領先水平。比如剛才提到的“顧式療法”以及“深紫外固態激光源前沿裝備研製項目”，都是國際領先水平。再比如林學春研究員的激光清洗汽車輪胎模具國產(chan) 化成套方法，這個(ge) 屬於(yu) 國際先進水平。

我國激光技術應用方麵在許多方向上都有突破和發展。激光通訊方麵，做得比較好的是中國工程院的餘(yu) 少華院士。他長期從(cong) 事光纖通信與(yu) 網絡技術研究，主持完成國家973和863等十餘(yu) 個(ge) 項目，均實現成果轉化和大量應用，是我國電信傳(chuan) 輸網SDH（同步數字體(ti) 係）與(yu) 互聯網（含以太網）兩(liang) 網融合的開拓者之一。

在一些精密儀(yi) 器製造行業(ye) ，激光導航也是未來產(chan) 業(ye) 應用的一個(ge) 重要方向。有了先進的激光導航技術，機器人工人就可以在工廠裏高效率地工作。

“追光”成為(wei) 一種潮流

《瞭望》：今年6月，陝西省推出“追光計劃”，希望聚焦先進激光與(yu) 光子製造、光子材料與(yu) 芯片、光子傳(chuan) 感三大重點領域，發展光子技術原始創新及產(chan) 業(ye) 高地。你如何看待這一發展方向?

許祖彥：光子產(chan) 業(ye) 是21世紀最具戰略性、基礎性、先導性的新興(xing) 產(chan) 業(ye) 之一。隨著世界集成電路產(chan) 業(ye) 的發展，光子取代電子成為(wei) 趨勢。光子產(chan) 業(ye) 將是未來整個(ge) 信息產(chan) 業(ye) 的基石，也將迎來暴發式增長。

“追光”在全球早已成為(wei) 科學界的一種潮流：2013年，美國國家科學研究委員會(hui) 發布《光學與(yu) 光子學：美國不可或缺的關(guan) 鍵技術》，為(wei) 光子科技的發展和應用提供了前瞻性的指引和支持；2014年，歐盟啟動實施“地平線2020”計劃，將光子技術作為(wei) 決(jue) 定歐盟工業(ye) 生存和未來競爭(zheng) 力的六大關(guan) 鍵要素之一，投入巨資建設。我國也在這個(ge) 領域不甘落後。今年，信息光子技術被列為(wei) “十四五”國家重點研發計劃重點專(zhuan) 項。

西安有豐(feng) 富的科教資源和科技人才優(you) 勢，中科院西安光學精密機械研究所的條紋相機，以及用激光方案為(wei) 我國航天器提供登月下降控製方案，都給我留下過非常深刻的印象。西安光機所現在光電全麵發展，這是一個(ge) 科學的發展理念，而且還有相對成熟且高效的科研成果轉化模式，這是發展優(you) 勢。總體(ti) 來看，陝西省不論是技術優(you) 勢還是政策支持，對於(yu) 光子產(chan) 業(ye) 發展都是非常好的條件。

《瞭望》：你對年輕科研人員成長有何建議？

許祖彥：我國在激光技術研究和應用領域缺乏高端人才。希望中青年科學家不要都變成科研“富二代”，要爭(zheng) 當戰略科學家。這有兩(liang) 層含義(yi) ，一方麵，在這個(ge) 領域我們(men) 已經有了一定的“家底”；另一方麵，這個(ge) “家”未來的發展不能“守成”。中青年科學家不能滿足於(yu) 躺在前人的“功勞簿”上。

雖然目前我國研發人員總量已經穩居世界首位，但關(guan) 鍵崗位的核心人才依然短缺，大學的人才培養(yang) 與(yu) 社會(hui) 的發展需求有一定程度的脫節。目前，我國急需一批在國際上具有學術引領能力和產(chan) 業(ye) 發展帶動能力的領軍(jun) 型科技人才。

與(yu) 此同時，我國現行的科研人才培養(yang) 體(ti) 製還需要進一步優(you) 化，比如把一些好的科研苗子送出去培養(yang) 。

在科研人員待遇方麵，我們(men) 要在弘揚艱苦奮鬥精神的同時，根據社會(hui) 發展調整科研人員薪酬分配的體(ti) 製機製，及時跟上社會(hui) 發展趨勢。

此外，對於(yu) 有潛力成為(wei) 戰略科學家的年輕人，國家應該考慮給予其適合的培養(yang) 渠道和重點培養(yang) 方案。■

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