杜祥琬院士：激光技术如何为科技强国再做贡献

　　作者：杜祥琬，中国工程院院士

　　习近平总书记在全国科技创新大会、中国科学院第十八次院士大会和中国工程院第十三次院士大会、中国科学技术协会第九次全国代表大会提出，我国要成为世界科技强国。这个宏伟目标是中国人民的百年夙愿，也是先贤先烈们的血染宏图，这一目标的实现将是中华民族永垂青史的百年伟业。

　　杜祥琬院士

　　历史的发展正在从速度型、数量型向质量型、效益型转型。为此，必须培育新的发展动能，摆脱对粗放发展路径的依赖。这个新动能的核心就是创新驱动，这对科技工作者提出了更高的要求， 也是科技界应有的使命担当。

　　2020 年是激光发明60 周年，这是20 世纪最重大的科学技术成就之一。激光技术已经发挥了一系列颠覆性的作用，激光技术也是典型的军民两用技术。

　　今天，激光技术继续推动着前沿基础学科的发展，并且为人类提供新的工具、新的装备，孕育新的产业，已成为国家创新能力和核心竞争力的关键之一。

　　激光制造为科技强国起到不可替代作用

　　基础科学是科技强国之根，激光的发明正是物理学基础研究的新突破、新发展。激光技术出现后又提供了崭新的手段，促进了基础科学的发展。

　　20 世纪初，年轻的爱因斯坦先后提出了光量子概念和受激辐射的概念。1954 年，第一台微波激射器研制成功；1958 年美国科学家汤斯和肖洛、苏联科学家普罗霍洛夫和巴索夫，分别独立提出了激光的概念和理论设计。

　　1960 年美国休斯飞机公司实验室的梅曼率先研制了全球第一台激光器，也是世界上第一台的红宝石激光器，这成为人们掌握受激辐射、激光的标志。从此，激光从物理学基础性、探索性的研究大踏步地走向了更多新科学的探索、大批新技术的开发和工程的应用。

　　激光能达到很高的功率，拥有很广的光谱范围、很宽的时域特性。这些极致性能，首先丰富了激光家族的内涵。激光器家族一开始发展的就是红宝石，后来向极短和极长两个不同的波长方向，以及单频和宽谱两个方向发展；在时域方面， 超短、超快激光发展很迅速；在能量域上，激光光源向高亮度、大功率，甚至高能量输出等几个方向发展。

　　各种类型激光器如雨后春笋般发展起来。激光能够创造极致的实验室环境条件，推动着物质科学的迁延性和基础性研究。X 射线波段的自由电子激光，名为XFEL。作为新一代的探针光， XFEL 能够深入物质的内部，实时观测甚至操控分子、原子、电子甚至原子核的状态。

　　高亮度激光是研究原子冷却、凝聚态物理的得力工具，而超强超短激光的研究受到了人们的重视，它可以创造宇宙极端的条件和现象。比如恒星内部和黑洞边缘才有这种超功率密度、超强的电磁强度等物理特性，这样使得我们很难达到的超新星爆发、黑洞等一些宇宙大事件的研究， 有可能在实验室进行，为人类未来提供某些新的知识。

　　激光对于化学科学、生命科学、地球科学、天体物理的基础性研究，也是得力的工具。比如激光核聚变的激光分离同位素研究已经在进行， 这是激光技术独特的应用。这些只是点到为止， 激光的应用实在是比较多的。50 多年来，与激光有关的诺贝尔奖共计十四项。

　　在激光发明之初，我个人认为有两项很值得称道的、由中国科学家作出的贡献。1960 年美国梅曼研制了第一台激光器，1961 年中科院长春光激所也创制了自己的第一台激光器——我用创制这个词是因为中国第一台激光器并不是梅曼的那种，我们并不是重复而是创制了第一台激光器。

　　第二件就是我国家著名物理学家王淦昌先生，在1964 年提出了利用激光引发核聚变的思想， 这一想法提出来的时间相当早。

　　科技强国的标志之一是制造强国。制造业一定要具有先进性，而激光制造作为新型、绿色、低碳的制造技术，将为制造强国起到不可替代的作用。

　　激光制造为什么能起到这样的作用？因为它具备高能量密度聚焦、容易操作、高柔性，高效率、高质量和广泛适用性等突出特点，所以被称为万能的加工工具。激光已成为制造业转型升级的战略性支撑技术，制造的产值规模已经占到激光应用产业的30% 以上，显著提升了制造业的技术水平，并且推动了工业智能化的进程。比如我们都离不开的手机，其中90% 的零部件都由激光加工再完成。

　　激光制造与再制造领域主要包括激光去除与连接、激光表面工程、激光增材制造、激光修复和再制造等。激光制造产业发展的显著特点就是专业化分工越来越细，形成了一个完善的产业链, 和其他的制造技术相结合开拓更多的应用。

　　科学技术要为百姓造福

　　激光技术已不仅仅是实验室的“高、大、上”， 它已经进入民生领域，成为老百姓健康造福的重要手段。

　　比如激光技术已经成为医疗领域新的一种技术手段，包括激光诊断和激光治疗两大方面，新方法则是激光医学。激光医学深化了基础医学的研究， 也涉及各种性能的激光与人体相互作用的机理、效应、动态图像监测，以及成像及光学参量的精准调控、微纳激光的生物相容性、可降解性等。

　　激光诊断是目前临床医学诊断技术的重要组成部分，凭借激光的非侵入性、高分辨率和丰富的对比机制，激光诊断已经成为满足临床诊治发展的重要趋势。比如激光治疗近视眼、激光美容、强激光治疗、弱激光治疗、光动力治疗等，治疗范围几乎涵盖了全部临床科室的320 多种疾病， 而且正以它的精准性、微创性、无创性为突破方向， 引领医学治疗模式的进步。

　　激光监测技术能显著提高医学监测技术的精准性和效率，也推动着医学监测设备往精准化、智能化方向发展。基于上述几个方面的技术，激光医疗正发展为一个大的产业，随着人民生活品质的提高，产业规模还会不断扩大。

　　激光技术还能应用于测距、成像、指向、制导、通讯及对抗等，在改善装备性能的同时，也在一定意义上改变着战争的面貌。古代人就幻想过“死光”，而随着激光的出现，它正逐步走向现实。特别是高能激光正在进入装备研发领域，它在军民融合的天然本性可以用于公安、救灾，比如激光灭蝗虫、激光除冰等领域。

　　激光军民融合的研究有力带动着许多光学分支学科的发展，比如量子光学、强光光学、非球面光学、大气光学、自适应光学、光学材料、瞬态光学、纳导星技术等，各种应用催生了多种激光产业，带来了巨大的经济和社会效益，2018 年我国激光产值超过2500 亿元。

　　由以上几个方面可以看出来，激光技术的发展具有全局性和战略性，是科技强国不可或缺的核心关键技术领域和战略性新兴产业。

　　激光技术需要“补短板”

　　当前我国激光技术的总体水平在不断提高， 中低端的激光制造是我国的强项，但是高端的研发跟随型产品还比较多。现在正在加紧努力研发， 部分技术已经达到国际先进甚至领先的水平。

　　但是，为了更好地建设科技强国，我国的激光科技还需要“补短板”。

　　首先，基础研究还比较弱，原始创新比较少。比如激光器的新类型多半都是跟着国外出来的技术在做，新概念、新材料、新体制等都是由国外提出的比较多，这是创新能力比较差的表现。

　　第二是关键共性技术研发，创新体系尚未建立，成果共享和推广应用机制也有待完善。激光器件在仪器方面的研制能力差距比较明显，国产器件的性能也有差距。

　　产学研协同创新不够，研究成果对产业的转化和支撑不够。激光制造标准体系不健全, 激光医疗产业集中度不高，而且主要集中在中低端产品上。产业发展政策有待改进，比如医疗器械的注册和认证法规导致前期的研发、检测认证、临床及审批成本很高。

　　激光技术的研发是“硬碰硬”，达到一定的指标才能实现一定的应用。这个是假不了的，出不来就是出不来。正是这样的硬科研才经得起时间的检验，几十年来激光领域的实践锻炼成长了几代人才，我特别高兴的是现在的年轻人才在不断成长。

　　高水平的科研必然要克服重重困难，需要一种为实现科技强国伟大目标坚持奋斗的精神动力。精神支柱是发展的灵魂，精神力量是推动事业发展的强大动力。

　　精神建设是科技强国的文化保障

　　现在很多地方在鼓励“名利”，我认为“名利”应该是科技成果价值的体现，是正常管理制度产生的结果，而不是研究者自己可靠的内生动力。科技史上高水平的创新常常都是非功利追求的结果，我觉得这一点大家可以讨论。

　　在激光领域，科技工作者不仅要有优秀的科技素质，还要有强烈的事业心、责任感和坚韧不拔的奋斗精神，远离浮躁、甘于寂寞、科学求实、锐意创新是科技工作者的重要品格。

　　我要强调一下精神建设，未来技术也好、颠覆性技术也好，都不纯粹是个技术问题，必须重视精神建设，这是我们科技队伍建设的灵魂，也是建设科技强国的文化保障。

　　正像习近平总书记一再强调“两弹一星”精神是非常重要的，我们工程物理研究院也凝练了“两弹一星”的文化，就是这十个字——“铸国防基石、做民族脊梁”。

　　有人问“民族脊梁”指的是什么意思，是不是某些人是民族脊梁？是不是某种武器叫民族脊梁？我觉得都不是，所谓“民族脊梁”指的是一种精神。

　　从“两弹一星”到“863 计划”，科学精神始终一以贯之。关于科学精神我也概括了三条， 第一是求真，就是科学一定要是真的、科学技术一定要是真的，这是科学技术的核心。因为现在确实有些假东西，这一条首先是基本的，中国和外国都如此，要搞科学就要求真。

　　第二是创新，这是科学精神的特征。从事科学技术主要就是要搞创新，中国科学家精神的灵魂就是家国家情怀、使命担当，这些跟我们国家上百年的经历很有关系，这也是“两弹一星”精神非常重要的灵魂。

　　这种精神文化是一种软实力，也是一种非常硬的软实力，是物质不可替代的。在价值观多样化的今天，完成和弘扬这种精神，用于武装一代又一代的青年工作者是意义深远的基本建设，是实现科技强国这一新国家目标的精神长城。

　　激光技术正进入第二个60 年，前景广阔，趣味无穷，呼唤有志青年朋友们壮大这个团队，再接再厉，贡献自己的智慧和力量。

　　（ 据“第二届未来 技术与颠覆性创新国际大会”报告整理，未经报告人审核）

　　来源：高科技与产业化