杜祥琬院士：激光技術如何爲科技強國再做貢獻

作者：杜祥琬，中國工程院院士

習近平總書記在全國科技創新大會、中國科學院第十八次院士大會和中國工程院第十三次院士大會、中國科學技術協會第九次全國代表大會提出，我國要成爲世界科技強國。這個宏偉目標是中國人民的百年夙願，也是先賢先烈們的血染宏圖，這一目標的實現將是中華民族永垂青史的百年偉業。

杜祥琬院士

歷史的發展正在從速度型、數量型向質量型、效益型轉型。爲此，必須培育新的發展動能，擺脫對粗放發展路徑的依賴。這個新動能的核心就是創新驅動，這對科技工作者提出了更高的要求， 也是科技界應有的使命擔當。

2020 年是激光發明60 週年，這是20 世紀最重大的科學技術成就之一。激光技術已經發揮了一系列顛覆性的作用，激光技術也是典型的軍民兩用技術。

今天，激光技術繼續推動着前沿基礎學科的發展，並且爲人類提供新的工具、新的裝備，孕育新的產業，已成爲國家創新能力和核心競爭力的關鍵之一。

激光製造爲科技強國起到不可替代作用

基礎科學是科技強國之根，激光的發明正是物理學基礎研究的新突破、新發展。激光技術出現後又提供了嶄新的手段，促進了基礎科學的發展。

20 世紀初，年輕的愛因斯坦先後提出了光量子概念和受激輻射的概念。1954 年，第一臺微波激射器研製成功；1958 年美國科學家湯斯和肖洛、蘇聯科學家普羅霍洛夫和巴索夫，分別獨立提出了激光的概念和理論設計。

1960 年美國休斯飛機公司實驗室的梅曼率先研製了全球第一臺激光器，也是世界上第一臺的紅寶石激光器，這成爲人們掌握受激輻射、激光的標誌。從此，激光從物理學基礎性、探索性的研究大踏步地走向了更多新科學的探索、大批新技術的開發和工程的應用。

激光能達到很高的功率，擁有很廣的光譜範圍、很寬的時域特性。這些極致性能，首先豐富了激光家族的內涵。激光器家族一開始發展的就是紅寶石，後來向極短和極長兩個不同的波長方向，以及單頻和寬譜兩個方向發展；在時域方面， 超短、超快激光發展很迅速；在能量域上，激光光源向高亮度、大功率，甚至高能量輸出等幾個方向發展。

各種類型激光器如雨後春筍般發展起來。激光能夠創造極致的實驗室環境條件，推動着物質科學的遷延性和基礎性研究。X 射線波段的自由電子激光，名爲XFEL。作爲新一代的探針光， XFEL 能夠深入物質的內部，實時觀測甚至操控分子、原子、電子甚至原子核的狀態。

高亮度激光是研究原子冷卻、凝聚態物理的得力工具，而超強超短激光的研究受到了人們的重視，它可以創造宇宙極端的條件和現象。比如恆星內部和黑洞邊緣纔有這種超功率密度、超強的電磁強度等物理特性，這樣使得我們很難達到的超新星爆發、黑洞等一些宇宙大事件的研究， 有可能在實驗室進行，爲人類未來提供某些新的知識。

激光對於化學科學、生命科學、地球科學、天體物理的基礎性研究，也是得力的工具。比如激光核聚變的激光分離同位素研究已經在進行， 這是激光技術獨特的應用。這些只是點到爲止， 激光的應用實在是比較多的。50 多年來，與激光有關的諾貝爾獎共計十四項。

在激光發明之初，我個人認爲有兩項很值得稱道的、由中國科學家作出的貢獻。1960 年美國梅曼研製了第一臺激光器，1961 年中科院長春光激所也創制了自己的第一臺激光器——我用創制這個詞是因爲中國第一臺激光器並不是梅曼的那種，我們並不是重複而是創制了第一臺激光器。

第二件就是我國家著名物理學家王淦昌先生，在1964 年提出了利用激光引發核聚變的思想， 這一想法提出來的時間相當早。

科技強國的標誌之一是製造強國。製造業一定要具有先進性，而激光製造作爲新型、綠色、低碳的製造技術，將爲製造強國起到不可替代的作用。

激光製造爲什麼能起到這樣的作用？因爲它具備高能量密度聚焦、容易操作、高柔性，高效率、高質量和廣泛適用性等突出特點，所以被稱爲萬能的加工工具。激光已成爲製造業轉型升級的戰略性支撐技術，製造的產值規模已經佔到激光應用產業的30% 以上，顯著提升了製造業的技術水平，並且推動了工業智能化的進程。比如我們都離不開的手機，其中90% 的零部件都由激光加工再完成。

激光製造與再製造領域主要包括激光去除與連接、激光表面工程、激光增材製造、激光修復和再製造等。激光製造產業發展的顯著特點就是專業化分工越來越細，形成了一個完善的產業鏈, 和其他的製造技術相結合開拓更多的應用。

科學技術要爲百姓造福

激光技術已不僅僅是實驗室的“高、大、上”， 它已經進入民生領域，成爲老百姓健康造福的重要手段。

比如激光技術已經成爲醫療領域新的一種技術手段，包括激光診斷和激光治療兩大方面，新方法則是激光醫學。激光醫學深化了基礎醫學的研究， 也涉及各種性能的激光與人體相互作用的機理、效應、動態圖像監測，以及成像及光學參量的精準調控、微納激光的生物相容性、可降解性等。

激光診斷是目前臨牀醫學診斷技術的重要組成部分，憑藉激光的非侵入性、高分辨率和豐富的對比機制，激光診斷已經成爲滿足臨牀診治發展的重要趨勢。比如激光治療近視眼、激光美容、強激光治療、弱激光治療、光動力治療等，治療範圍幾乎涵蓋了全部臨牀科室的320 多種疾病， 而且正以它的精準性、微創性、無創性爲突破方向， 引領醫學治療模式的進步。

激光監測技術能顯著提高醫學監測技術的精準性和效率，也推動着醫學監測設備往精準化、智能化方向發展。基於上述幾個方面的技術，激光醫療正發展爲一個大的產業，隨着人民生活品質的提高，產業規模還會不斷擴大。

激光技術還能應用於測距、成像、指向、制導、通訊及對抗等，在改善裝備性能的同時，也在一定意義上改變着戰爭的面貌。古代人就幻想過“死光”，而隨着激光的出現，它正逐步走向現實。特別是高能激光正在進入裝備研發領域，它在軍民融合的天然本性可以用於公安、救災，比如激光滅蝗蟲、激光除冰等領域。

激光軍民融合的研究有力帶動着許多光學分支學科的發展，比如量子光學、強光光學、非球面光學、大氣光學、自適應光學、光學材料、瞬態光學、納導星技術等，各種應用催生了多種激光產業，帶來了巨大的經濟和社會效益，2018 年我國激光產值超過2500 億元。

由以上幾個方面可以看出來，激光技術的發展具有全局性和戰略性，是科技強國不可或缺的核心關鍵技術領域和戰略性新興產業。

激光技術需要“補短板”

當前我國激光技術的總體水平在不斷提高， 中低端的激光製造是我國的強項，但是高端的研發跟隨型產品還比較多。現在正在加緊努力研發， 部分技術已經達到國際先進甚至領先的水平。

但是，爲了更好地建設科技強國，我國的激光科技還需要“補短板”。

首先，基礎研究還比較弱，原始創新比較少。比如激光器的新類型多半都是跟着國外出來的技術在做，新概念、新材料、新體制等都是由國外提出的比較多，這是創新能力比較差的表現。

第二是關鍵共性技術研發，創新體系尚未建立，成果共享和推廣應用機制也有待完善。激光器件在儀器方面的研製能力差距比較明顯，國產器件的性能也有差距。

產學研協同創新不夠，研究成果對產業的轉化和支撐不夠。激光製造標準體系不健全, 激光醫療產業集中度不高，而且主要集中在中低端產品上。產業發展政策有待改進，比如醫療器械的註冊和認證法規導致前期的研發、檢測認證、臨牀及審批成本很高。

激光技術的研發是“硬碰硬”，達到一定的指標才能實現一定的應用。這個是假不了的，出不來就是出不來。正是這樣的硬科研才經得起時間的檢驗，幾十年來激光領域的實踐鍛鍊成長了幾代人才，我特別高興的是現在的年輕人才在不斷成長。

高水平的科研必然要克服重重困難，需要一種爲實現科技強國偉大目標堅持奮鬥的精神動力。精神支柱是發展的靈魂，精神力量是推動事業發展的強大動力。

精神建設是科技強國的文化保障

現在很多地方在鼓勵“名利”，我認爲“名利”應該是科技成果價值的體現，是正常管理制度產生的結果，而不是研究者自己可靠的內生動力。科技史上高水平的創新常常都是非功利追求的結果，我覺得這一點大家可以討論。

在激光領域，科技工作者不僅要有優秀的科技素質，還要有強烈的事業心、責任感和堅韌不拔的奮鬥精神，遠離浮躁、甘於寂寞、科學求實、銳意創新是科技工作者的重要品格。

我要強調一下精神建設，未來技術也好、顛覆性技術也好，都不純粹是個技術問題，必須重視精神建設，這是我們科技隊伍建設的靈魂，也是建設科技強國的文化保障。

正像習近平總書記一再強調“兩彈一星”精神是非常重要的，我們工程物理研究院也凝練了“兩彈一星”的文化，就是這十個字——“鑄國防基石、做民族脊樑”。

有人問“民族脊樑”指的是什麼意思，是不是某些人是民族脊樑？是不是某種武器叫民族脊樑？我覺得都不是，所謂“民族脊樑”指的是一種精神。

從“兩彈一星”到“863 計劃”，科學精神始終一以貫之。關於科學精神我也概括了三條， 第一是求真，就是科學一定要是真的、科學技術一定要是真的，這是科學技術的核心。因爲現在確實有些假東西，這一條首先是基本的，中國和外國都如此，要搞科學就要求真。

第二是創新，這是科學精神的特徵。從事科學技術主要就是要搞創新，中國科學家精神的靈魂就是家國家情懷、使命擔當，這些跟我們國家上百年的經歷很有關係，這也是“兩彈一星”精神非常重要的靈魂。

這種精神文化是一種軟實力，也是一種非常硬的軟實力，是物質不可替代的。在價值觀多樣化的今天，完成和弘揚這種精神，用於武裝一代又一代的青年工作者是意義深遠的基本建設，是實現科技強國這一新國家目標的精神長城。

激光技術正進入第二個60 年，前景廣闊，趣味無窮，呼喚有志青年朋友們壯大這個團隊，再接再厲，貢獻自己的智慧和力量。

（ 據“第二屆未來 技術與顛覆性創新國際大會”報告整理，未經報告人審覈）

來源：高科技與產業化