自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

今年是激光发明60周年。 激光技术自问世以来，给我们的生活和生产带来了翻天覆地的变化。 为促进激光技术的应用和普及，中国工程院于2018年启动了重点咨询项目《我国激光技术与应用2035发展战略研究》。本文是该项目研究的综合报告。 文章简要分析了激光技术及其对科研和产业的辅助性、引领性和颠覆性作用，提出了2035年我国激光技术和应用发展目标的愿景和政策措施。

一、简介

激光是与原子能、半导体、计算机齐名的20世纪四大科技发明之一。 激光具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性好等特点。 它被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。 激光与相关技术的发展与融合，形成了激光制造、激光通信、激光检测、激光医疗等交叉学科技术学科，为人类认识世界、改造世界提供了大量新工具，孕育和开发了多种类型的激光器。 产业和系列装备改变和重构了高端制造、信息通信、医疗诊疗、国防安全等诸多领域。 随着新型激光器和激光新应用的不断涌现，激光技术的作用将更加突出，将在创新型国家建设和提升国际产业竞争力方面发挥重要作用。

中国工程院组织的“我国激光技术与应用2035发展战略研究”重点咨询研究项目。 聚焦我国2035年前的发展目标、研究重点和产业政策需求。

图 1 激光技术

“光是我们社会日常生活中不可或缺的元素。对光这一自然现象的科学认识和应用造福于全人类。光是最重要的东西。正是因为有了光，世界才能呈现在我们面前. 正是因为光的重要性，对光的关注深深植根于所有文明之中。

——摘自联合国教科文组织总干事阿祖莱2020年国际光日致辞！ ！ 神说要有光，就有了光！ （《圣经》旧约·创世记）

麦曼说，我有激光！ 上帝说，请赐予人类吧！ 麦曼说，当然！ 人类说，谢谢！

注意：作为自然科学工作者，我们不应该谈论上帝，但批判性地思考上帝是可以的。 作为人类的一员，我越来越觉得，我们所说的上帝其实是人类整体的名字，也就是说，如果我们把上帝换成人类，上面的对话仍然成立，或者说上帝被人类发现是为了服务人类。 代言人代言。

2、激光技术及其应用的作用和地位

（1）前沿激光技术是基础物理研究和多领域前沿科技研究的重要工具

研究前沿激光技术，以获得更高的频域特性（超短波、超长波、​​可调谐、单频、宽谱等）、时域特性（超快、超峰值等）和能域特性（高亮度） 、大功率、高能量等），一直是世界前沿科学研究的重要组成部分。

高性能激光器可以在实验室中创造极端条件，使高性能尖端激光器成为基础物理研究的重要工具。

高性能激光器所创造的频域特性、时域特性和能量域特性的条件或参数，使激光器成为新材料、新能源和生物前沿研究不可或缺的工具。

纵观诺贝尔奖100年的历史，与光学直接或间接相关的获奖成果有40多项，约占诺贝尔物理学奖的40%。 其中，1960年以后，几乎所有与光学有关的诺贝尔奖都或多或少与激光有关。 下面列出了一些比较有名的。

1964年诺贝尔物理学奖第一个因激光获得的诺贝尔奖

获奖者：Charles Townes（美国）、Nikolai Gennadievich Basov（苏联）、Alexander Prokhorov（苏联）获奖理由：量子电子领域的基础研究成果，基于激光原理开发振荡器和放大器

根据研究成果，科学家于1954年制造出激光器的前身——微波激射器。 此后，基于微波的开放式谐振器配置，科学家们于 1960 年研制出了激光器。

1971 年诺贝尔物理学奖，用于构建三维逼真的立体图

获奖者：Gabor Dennis（英国） 获奖理由：全息术的发明与发展

由于激光的出现，光源的相干性和亮度得到显着提高，全息技术得到迅速发展。 全息技术的原理是利用光的干涉和绕射，将物体信息以干涉图的形式存储起来，通过图像反转还原出原物体的三维逼真立体图。 这项技术在科幻电影中被广泛应用，如《阿凡达》中的全息沙盘展示、《钢铁侠》中的悬浮投影等。 在计算机技术飞速发展的今天，催生了全息投影技术。 例如，微软在 2015 年基于计算全息技术开发了 Hololens，它可以生成只有佩戴者才能看到的虚拟 3D 图像。

1981年因激光光谱仪的灵敏探测获得诺贝尔物理学奖

获胜者：Nicholas Blombergen（美国）、Arthur Sholow（美国） 获奖理由：对激光光谱仪发展的贡献

激光出现后，非线性介质和激光光谱学的研究成为热点。 布隆贝根根据非线性光学原理，发明了光倍频、脉冲压缩和展宽、电光调制等技术和器件。 字段是必不可少的。

1997年因冷冻原子捕捉“第五态”获得诺贝尔物理学奖

获奖者：Steven Chu（美国）、Claude Cohen-Dannoude Day（法国）、William Phillips（美国）获奖理由：开发用激光冷却和俘获原子的方法

激光冷却技术利用激光光子与运动中的原子碰撞，从而使原子减速，获得超低温原子。 利用这种技术，科学家们首次观察到了物质的第五种状态，即玻色-爱因斯坦凝聚态。

1999 年因分子变化的飞秒级成像获得诺贝尔化学奖

获奖者：Ahmed Xavier（埃及、美国） 获奖理由：利用激光技术，使通过化学反应观察分子中原子的运动成为可能 Xavier被誉为“飞秒化学之父”。 飞秒激光技术用于观察化学反应，这是诺贝尔化学奖首次授予激光领域。 由于飞秒超短脉冲激光器的出现，可观察到的化学反应的时间尺度已经缩小到飞秒级别。 Xavier利用该技术测得环丁烷裂解实验的反应过渡寿命为700飞秒，首次观察到NaI光解反应中化学反应过渡态的变化过程。

2009年诺贝尔物理学奖 光纤给通信带来划时代的变革

获奖者：高琨（英国、美国） 获奖理由：在光通信领域，光纤传输取得突破性成果

基于高琨的理论和激光，从20世纪70年代开始，康宁公司研制出可用于通信的光纤，成为主流的高速、大容量有线通信方式。

2018年诺贝尔物理学奖“千倍放大”和“激光镊子”

获奖者：Arthur Ashkin（美国）、Jha Moreau（法国）、Donna Strickland（加拿大） 获奖理由：激光物理学领域的突破性发明：“光镊及其在生物系统中的应用”“Methods for generating high-intensity ultrashort optical脉冲”

(2) 激光技术在塑造现代制造、信息、医疗和国防工业方面发挥着不可或缺的作用

激光制造应用是激光工业应用的主要方向，包括去除与连接、表面工程、增材制造、修复与再制造、微纳制造等。 产值占激光应用行业的30%以上。 激光制造具有操作简便、非接触、高柔性、高效率、高质量、节能环保等突出优点。 它是切割、焊接、表面处理、高性能复杂部件制造和精密制造的主流手段。 工具”和“未来制造系统的通用加工方法”引领先进制造发展，对工业智能化进程产生深远影响。据美国科技政策办公室2010年分析统计，50%美国当年的GDP产值约为7.50万亿美元，这是美国2010年的数据，现在是2020年，可见激光应用发展的空间极其广阔。

以激光再制造为例，据不完全统计，目前我国从事激光再制造的民营企业约有40-50家。 大的只有几亿元，小的不到千万。 我国激光再制造年产值超过25亿元，修复各行业核心产品价值数百亿元，为我国许多重要产业减少了损失。 但这个数字与我国作为世界第一制造大厂的地位是非常不相称的。 美国作为全球最大的再制造产业国，再制造规模超过1000亿美元，再制造企业7.5万家，从业人员超过50万人（2017年数据）。 从工业产值来看，假设我国再制造产业占GDP的比重为0.2%，2015年我国再制造产业产值将超过1272.93亿元，2016年将达到1447亿元。这说明有多少我国有发展空间。

激光技术是现代信息产业的支撑技术。 光纤通信是高速互联网不可或缺的物质基础； 无线光通信技术是实现海量信息远距离快速传输的必由之路，也是超级计算机、大型超级计算中心、第五代移动通信技术（5G）基站和5G数据传输的基础。中心内部和中心之间的高速海量数据传输和交换方式； 光存储是海量大数据信息存储的主要方式； 高清激光显示技术将引发“人类视觉史上的一场革命”。 “阅万千帆，激光展最美”。 此外，激光技术是高精度测量传感、自动驾驶和量子通信的重要基础。

激光技术已成为医疗诊断领域不可替代的技术手段。

在国防领域，激光被用于测距、成像、瞄准、制导、通信和对抗等，提高了武器装备的性能，如提高命中率和可靠性，也改变了在某种意义上面对现代战争。 近年来，直接利用激光能量对目标进行杀伤的高能激光武器已趋于成熟，将逐步进入各种应用装备的研制和列装阶段。 受小型无人机应用范围迅速扩大的影响，低空防御激光系统作为和平时期重要地点和重大活动不可或缺的安保手段得到迅速发展。

（三）加快激光技术发展及应用，可有效推动和引领经济产业转型升级

激光技术的广泛应用和不断拓展，表明它是极其重要的核心关键技术、基础技术和引领技术，有力地推动和引领了经济和产业发展和转型升级。

首先，激光技术是一项重要的仪器技术，其应用可以加速相关产业面貌的变革。 激光在制造业、信息通信和医疗行业的应用和扩展就说明了这一点。

其次，激光技术是一项渗透性很强的基础技术。 激光产品支撑的经济规模远大于其自身的经济规模。 美国科技政策办公室2010年的一份研究报告指出，2009-2010年美国电信、电子商务和信息技术的总价值为4万亿美元，其中激光本身的价值仅32亿美元（半导体和光纤激光器）。 从另一个角度看，激光技术产品在经济体系中的重要性远远超过了产品本身的价值规模。

三是激光技术具有强大的新应用孵化和孵化能力，能够与其他技术不断融合，创造新应用、新产业，具有突出的行业领先特性。 5G基站建设成为热门投资方向。 今年，中国移动、中国电信、中国联通、中国铁塔相继公布了2020年5G投资计划，总投资约2000亿元。 据中国信通院预测，到2025年，5G网络建设累计投资将达到1.2万亿元，带动产业链上下游和各行业投资超过3.5万亿元元。 此外，激光显示技术的成熟即将催生万亿级产业规模。 据统计，2018年，我国电视机年产量达到1.7亿台，产值超过6000亿元，电视机产业链产值突破万亿元。 现已成为全球最大的彩电制造中心和最大的消费市场。

5G时代来临，激光让理想照进现实！

这就是第五代移动无线通信技术如此引人注目的原因。 每个人的 5G 是如此不同：

对于普通人来说，5G是更快的网速； 对于通信设计人员来说，5G是一个新的代码，一个新的标准； 对于天线工程师来说，就是更高的频率，更多的天线； 对于战略科学家来说，5G是我们对接近极限的两个定理的应用。 前途未卜光纤光谱仪在科研领域的应用，这是误入歧途的迷茫。 我们需要新的理论来解决大流量和低延迟的问题。

我们需要更高的加工精度、更高性能的材料、更密集的电路和更新的加工方式。 激光，当然是激光。 作为20世纪的另一项重要发明，波长更短、脉冲更短的激光器带来了更高的精度。 飞秒激光的加工精度已进入个位数微米级。 事实上，对于移动通信和高频行业，短脉冲激光已经在很多场景得到成功应用。 这些应用在5G时代的应用不仅会得到延续，还具有巨大的想象空间和发展空间。 让我们拭目以待。

三、我国激光技术及应用发展现状分析

(1)我国激光技术研究的主力集中在科研院所和大专院校，企业相对薄弱。 科研院所和高校是我国激光系统科学技术研究的主力军

高校和科研院所承担了国家规划的激光科研项目的大部分，企业所占比例较小。 这种情况在激光制造与增材制造国家重点研发计划的支持下得到了改变。

相比之下，中国企业在开展激光科研方面相对薄弱，获得国家科技计划的资助也相对较少。 以知名再制造公司​​卡特彼勒为例。 2014财年，其营收为551.84亿美元，研发费用达22亿美元。 在我国，只有华为的研发费用比较高，每年超过1000亿元。 一方面，这反映出中国企业的科研实力和科研基础比较薄弱，无法与高校和科研院所抗衡； 产业联系薄弱，商业兴趣低。 此外，我国激光企业的科研实力与相干、通快、IPG等国外企业存在差距。 同时，也与我们研究所前期缺乏与企业的合作交流有关。 我们目前没有类似的和德国弗劳恩霍夫激光技术研究所相当的机构也有相关性。 这方面在近几年逐渐得到改善。

（二）我国激光科研领域涉及面广，整体技术水平不够高

在前沿科学研究领域，以新型半导体激光器、超快超强激光器、深/极紫外激光器、高能固体激光器和自由电子激光器等领域为主要方向，具有以下特点：首先，在反映激光本质的频率范围域特性（超短波、超长波、​​可调谐、单频、宽谱等）、时域特性（超快、超峰值等）和能量域特性（高亮度、高功率、高能量等）均优于普通激光器更高的性能； 二是有重要的应用需求，目前的性能与应用需求还有一定差距； 三是表明激光技术的重要发展趋势和方向（通常包括新材料、新结构、新原理、新机制的发现和发明）。 前沿激光技术是关系到占领未来科技战略制高点的关键技术之一，是世界各国激烈竞争的焦点。 目前，我国科技计划对上述激光前沿技术方向都有一定的规划布局和支持。 总的来说，大部分研究方向与世界先进方向存在一定差距。

在智能制造领域，我国激光制造已成为近十年来先进制造领域发展最快的方向之一，但大部分技术仍处于跟踪国外先进水平的阶段。

在信息领域，顺应我国移动通信和数据通信市场的领先发展，我国光纤通信研究和产业化发展已达到世界先进水平。

在医疗领域，近年来激光医疗的基础研究和技术创新发展迅速。

在国防领域，经过几十年的努力，我国激光武器技术总体上接近国际先进水平。

（三）我国激光应用产业快速发展，国际竞争力快速提升，但高端、原创产品仍不多

我国已形成华中、华南、华东、环渤海四大激光产业带。 2019年，仅激光工业装备产值就超过1000亿元，不包括光通信、光显示等行业。 武汉中国光谷、深圳、苏州三个激光产业集中发展城市已经形成，济南、天津、沧州也在快速发展。 成都和西安也在积极发展。

经过多年努力，我国激光企业在低端激光产业站稳了脚跟，但在高端技术水平产业、高端核心部件等方面与世界先进水平仍有较大差距； 在产品方面，后续产品居多，国内原创或首创的产品相对较少。

任重而道远，未来我国激光产业的产业化​​、商业化之路还很漫长。 还有很多关键技术有待解决，我国激光产业将继续快速发展。 在中美贸易战长期复杂并存的现实下，摒弃幻想，走本土化自强之路是必然选择。

（四）我国激光应用产业更快更好发展仍面临一系列制约因素

（一）缺乏制度顶层统筹和长远规划。

（2）支撑激光产业发展的基础研究（如支撑新产品开发的新机制、新机制、新工艺等）不足，导致激光原有产业稀缺。

（三）关键共性技术供给不足。

(4)“产学研用”协同创新不够。

（五）产业发展政策有待加强。

（六）专业人才培训覆盖面不够。

四、关于2035年我国激光技术与应用发展目标的思考

（一）指导思想

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以服务实现“两个一百年”奋斗目标为根本，着力提升激光技术与产业支撑国家安全大局的能力，努力加强顶层规划，着力解决制约激光技术创新和产业高质量发展的管理体制机制制约和关键核心技术自主可控，着力培育新兴激光应用产业，加快我国激光技术与应用产业高质量发展，实现我国激光技术与产业强国。 历史性的飞跃。

（二）总体目标

到2035年，我国激光技术与应用整体水平和研究能力显着提升，前沿技术、应用技术与产业化水平基本平衡，主要领域技术水平达到世界先进水平，主要激光产业领域将达到与先进国家同等水平，有力支撑我国创新驱动可持续发展，创造更大的经济效益和社会效益。

（一）突破超高亮度、超短脉冲、单频超稳激光器等激光前沿技术，对天文学等基础物理研究发挥支撑作用。

（二）建设一批重大激光装置（如超短超强、XFEL、THz-FEL等装置），支撑材料、生物、能源等基础研究，夯实后劲。我国科技发展。 我国已建成上海超强超短激光实验装置、神光二号激光装置、神光三号激光装置、上海软X射线激光装置、大连极紫外相干光源等五大激光设施。

（三）自主突破激光半导体芯片等关键瓶颈产品，实现核心产业基础水平自主可控光纤光谱仪在科研领域的应用，保障经济安全。

（四）发展新型半导体激光器等新型激光器，开展新型激光应用机理和工艺基础研究，开创新兴产业，有效支撑和推动5G、大数据、云计算、量子技术、无人驾驶驱动发展，实现引领发展的作用。

（五）激光在智能制造和信息化领域的技术水平和产业规模达到世界先进水平，有力支撑了我国制造业转型升级。

（六）服务健康中国战略，不断拓展医疗诊断应用，提升激光医疗设备适应高端市场的能力。

（七）积极发展国防安全应用，满足国家需求。

（三）实地目标

在前沿领域，到2035年，我国半导体激光器、高能固体激光器、超快超强激光器、深/极紫外激光器、自由激光等激光前沿技术研究的总体水平和研究能力电子激光器显着提升，实现一批核心工程。 技术突破建成一批重大激光科研装置，实现我国激光前沿技术由跟随跑向引领转变，支撑和推动我国基础科学研究和前沿应用技术发展。

到2035年，在智能制造领域基础研究取得一批原创性成果；

在信息领域，到2035年我国激光信息技术和产业将处于世界领先地位。

在医疗领域，目标是到2035年建立激光医疗体系评价标准，完善医疗激光和整个激光产业生态系统。

五、加快我国激光技术和应用发展的措施和建议

（一）加强顶层统筹，引领我国激光技术与应用产业快速发展。

（二）加强基础研究，着力突破产业化发展中的重大基础问题和核心基础材料与器件，着力构建自主可控的产业共性技术基础，为可持续发展奠定坚实基础。

（三）实施一批专项应用研发项目，加大产业扶持政策力度，打造多条新型激光产业链。

（四）创新产业协同机制，完善激光产业创新生态。 例如，充分发挥行业协会、行业联盟等行业团体在产业规划、行业共性技术问题、研究开发、行业标准制定等方面的作用。

(5)加强激光基础教育，加大激光与光学应用人才培养力度。

六，结论

2020年是激光发明60周年。 激光技术和应用的发展极大地改变了世界。 “党的十九大”确定了到2035年基本实现社会主义现代化、跻身创新型国家前列的战略目标，这为激光技术和应用带来了前所未有的发展机遇，也提出了发展激光技术与应用。 需要高标准。 We must fully understand the role and potential of laser technology and applications, recognize the difficulties and challenges that restrict development, strengthen overall planning, break through various constraints with the fearless spirit and courage of reform, adhere to independent innovation and open innovation, and adhere to application and industry-oriented Goal traction, strengthen laser technology research, improve the innovation ecology of the laser industry, actively seize the commanding heights of international competition, and contribute to the realization of the Chinese dream of the great rejuvenation of the Chinese nation.

This article is selected from Issue 3, 2020 of "China Engineering Science", a journal of the Chinese Academy of Engineering