中国工程院院士许祖彦:激光技术为什么是重要战略支撑技术

  我国激光技术和产业已经迈入国际领先行列,在关键材料、元件、技术、整机及专利等方面已具备自主可控发展产业的条件

  我国变成全球上唯一一个能制造实用化深紫外全固态激光器的国家。这批仪器设施直到今日仍然对国外“禁运”

  中青年科学家不要都变成科研“富二代”,要争当战略科学家。这有两层含义,一方面,在这样的领域我们已有了一定的“家底”;另一方面,这个“家”未来的发展不能“守成”。中青年科学家不能够满足于躺在前人的“功劳簿”上

  激光技术被认为是人类在智能化社会生存和发展的必不可少的工具之一。例如在无人驾驶中,车载激光雷达就能代替人的眼睛,为车辆提供其周边车况的变化情况。

  当前,主要科技大国都格外的重视激光技术的科研与应用,美、日、欧盟等国家和地区相继启动激光技术相关研究计划。我国也十分重视激光技术的研发与应用,在国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项拟立项的2018年度项目公示清单中,不乏像高效精密激光增材制造-电解加工整体制造技术和飞秒激光精密制造应用基础研究这些具有前瞻性、战略性意义的项目。

  “在激光研究和应用领域,我国总体上处于国际领先水平,某些方面是国际领先水平。”中国工程院院士、中国科技大学光学与光学工程系主任许祖彦介绍。

  许祖彦是我国激光物理和激光技术领域的领军人物之一,他带领团队取得一系列开创性成果:发现光学参量效应相位匹配折返现象的普遍性,发明多波长光参量激光器;带领团队首次研制成功实用化深紫外全固态激光器;率先在国内研制成功激光全色投影显示,提出激光显示产业顶层设计和发展路线图,率领团队研制成功首台三基色LD激光电视;率先在国内开展高光束质量全固态激光研究等。

  近日,许祖彦接受《瞭望》新闻周刊专访,讲述他在我国激光技术探讨研究和应用领域的思考。

  许祖彦:激光的理论基础起源于物理学家爱因斯坦。1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论“光与物质相互作用”。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳(跃迁)到低能级上,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫“受激辐射的光放大”,简称激光。

  液体、气体和固体都能产生激光。气体有氩气、二氧化碳,液体中的有机染料等。所谓固体激光,就是在固体内,比如在激光晶体、激光陶瓷、激光玻璃这么多东西上产生的激光。固体激光不像气体激光,它不流动、体积小、功能效率高。现在,固体激光的波长是能改变的,即是可以调谐的。

  现在我们正在进入AI时代,在这个时代,激光是一种必不可少的工具,或是说手段。比如扫地机器人,如果装上激光雷达,就能在避障和智能化方面拥有更好的表现,能够在最短时间之内高效率地完成整个房屋的清洁工作。

  许祖彦:自主可控地打造新一代显示产品、产业,圆中国人看中国电视的“中国梦”,是我的奋斗目标之一。

  人类获取信息80%靠视觉。显示是人机交互界面的终端,是通过人眼直接观看的,具备信息传播、观赏娱乐等功能。显示处于信息产业链的终端,市场巨大。现在全球产业规模每年在3500亿美元左右,我国的产业规模也超过了每年4000亿元人民币。显示产业是大国必争之地。

  上世纪30年代,世界上出现了黑白显示技术,到上世纪50年代,产生了彩色显示技术,再到20世纪末,数字显示技术的出现,解决了显示产品的清晰问题。但之前这些技术,都是国外率先实现原理可行的,中国人想看中国电视的“中国梦”,一直没能实现。

  激光显示技术虽然早在20世纪60年代就被提出,但直到21世纪初才在我国率先实现了原理可行。其原理是以红、绿、蓝三基色激光为光源,通过调控三色激光强度比、总强度和强度时空分布进行显示。激光显示技术解决的是图像高保真再现问题。激光谱宽窄、方向性好、功率高,能够精准控制在人眼最佳视觉感知区,易实现8K高分辨高对比度,这些特点是其他所有显示光源无法同时具备的;激光显示还有一个优势就是观看舒适度高、护眼,因为它是漫反射成像、全像素发光、无短波蓝光。根据中国电子技术标准化研究院的报告,激光显示技术拥有非常良好的舒适度,低视觉疲劳,并没短波蓝光的伤害。

  近20年来,激光显示在我国经历了从原理可行、技术可行到产业可行的三个发展阶段。特别是2015年,杭州中科极光科技有限公司建成国内首条三基色LD激光显示生产示范线年推出世界首台三基色LD激光电视产品。到2019年,我国激光显示企业已有27家,年产值超过150亿元。我国激光技术和产业已经迈入国际领先行列,在关键材料、元件、技术、整机及专利等方面已具备自主可控发展产业的条件。从技术到产业,应该说我们在这样的领域已达到了国际领先水平,我们已有能力结束进口显示产线的历史,圆中国人看中国电视的“中国梦”。

  2018年底,我们团队完成了中宣部委托、工信部下达的“中国新型显示产业高质量发展研究”国家智库重大战略咨询课题。我们提议:以激光显示产业为主要发展趋势,百花齐放,开发诸如电子纸显示在电子书等领域、发光二极管(LED)显示技术在室内外大屏幕显示方面的特色市场。

  在第十七届中国(天津)国际装备制造业博览会上,激光切割机进行金属切割作业演示(6月3日摄) 孙凡越摄/本刊

  激光在国家经济社会持续健康发展中有很多应用。用固体激光,可以在一定程度上完成制造业的跨越式发展。例如去年新型冠状病毒肺炎疫情期间,西安有一家公司凭借其在超快激光精密制孔方向上多年的技术积累,突破了我国企业在生产防护口罩熔喷布材料时存在的喷丝板技术瓶颈。该技术投入市场后,有效提升了喷丝孔的加工质量,进而为熔喷布实现国产加工迈进一大步。

  激光技术作为我国的重要战略支撑技术之一,支撑作用大多数表现在两个方面:一是支撑科研前沿,二是支撑国家高新技术产业。

  在支撑科研前沿方面,2013年,我参与的国家重大科研装备研制项目“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”通过验收,这个系列科研装备的研制成功,使我国变成全球上唯一一个能制造实用化深紫外全固态激光器的国家。这些仪器设施的研制成功及利用这些设备在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得的重要成果,使我国深紫外领域的科学研究水平处于国际领头羊,并在物理、化学、材料、信息等领域开创了一些新的多学科交叉前沿。这些成果受到了海外学者的高度评价,这批仪器设施直到今日仍然对国外“禁运”。

  在高新技术方面,我举两个案例。一个是中科院院士顾瑛的例子,她用激光治疗常规血管病,创造了“顾式疗法”,这种疗法的原理是用激光穿透人的表层皮肤,给出血的内脏止血,挽救病人生命而不对病人皮肤造成了严重的伤害,这一疗法在国际上也获得推广;还有一个是中科院半导体研究所的林学春研究员的例子,他开发了激光清洗汽车轮胎模具国产化成套方法,制造的相关设备不仅环保、安全高效,而且降低了我国此前对德国进口类似产品的依赖。

  许祖彦:在激光研究和应用领域,我国总体上处于国际领先水平,某些方面是国际领先水平。比如刚才提到的“顾式疗法”以及“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”,都是国际领先水平。再比如林学春研究员的激光清洗汽车轮胎模具国产化成套方法,这个属于国际先进水平。

  我国激光技术应用方面在许多方向上都有突破和发展。激光通讯方面,做得比较好的是中国工程院的余少华院士。他长期从事光纤通信与网络技术探讨研究,主持完成国家973和863等十余个项目,均实现成果转化和大量应用,是我国电信传输网SDH(同步数字体系)与互联网(含以太网)两网融合的开拓者之一。

  在一些精密仪器制造业,激光导航也是未来产业应用的一个重要方向。有了先进的激光导航技术,机器人工人就可以在工厂里高效率地工作。

  《瞭望》:今年6月,陕西省推出“追光计划”,希望聚焦先进激光与光子制造、光子材料与芯片、光子传感三大重点领域,发展光子技术原始创新及产业高地。你怎么样看待这一发展方向?

  许祖彦:光子产业是21世纪最具战略性、基础性、先导性的新兴起的产业之一。随世界集成电路产业的发展,光子取代电子成为趋势。光子产业将是未来整个信息产业的基石,也将迎来暴发式增长。

  “追光”在全球早已成为科学界的一种潮流:2013年,美国国家科学研究委员会发布《光学与光子学:美国不可或缺的关键技术》,为光子科技的发展和应用提供了前瞻性的指引和支持;2014年,欧盟启动实施“地平线”计划,将光子技术作为决定欧盟工业生存和未来竞争力的六大关键要素之一,投入巨资建设。我国也在这样的领域不甘落后。今年,信息光子技术被列为“十四五”国家重点研发计划重点专项。

  西安有丰富的科教资源和科学技术人才优势,中科院西安光学精密机械研究所的条纹相机,以及用激光方案为我国航天器提供登月下降控制方案,都给我留下过非常深刻的印象。西安光机所现在光电全面发展,这是一个科学的发展理念,并且还有相对成熟且高效的科研成果转化模式,这是发展优势。整体看来,陕西省不论是技术优势还是政策支持,对于光子产业高质量发展都是非常好的条件。

  许祖彦:我国在激光技术探讨研究和应用领域缺乏高品质人才。希望中青年科学家不要都变成科研“富二代”,要争当战略科学家。这有两层含义,一方面,在这样的领域我们已有了一定的“家底”;另一方面,这个“家”未来的发展不能“守成”。中青年科学家不能够满足于躺在前人的“功劳簿”上。

  虽然目前我国研发人员总量已经稳居世界首位,但关键岗位的核心人才依然短缺,大学的人才教育培训与社会的发展需求有某些特定的程度的脱节。目前,我国急需一批在国际上具有学术引领能力和产业高质量发展带动能力的领军型科技人才。

  与此同时,我国现行的科研人才教育培训体制还要进一步优化,比如把一些好的科研苗子送出去培养。

  在科研人员待遇方面,我们要在弘扬艰苦奋斗精神的同时,根据社会持续健康发展调整科研人员薪酬分配的体制机制,及时跟上社会持续健康发展趋势。

  此外,对于有潜力成为战略科学家的年轻人,国家应思考给予其适合的培养渠道和重点培养方案。

  学会大咖谈|中国自动化学会李少远:助力产学研融合,推动自动化行业高质量发展

  【顶刊论文解读】用“魔法”打败“魔法”!木质纤维素“三素”分离法这样炼成

  “目前,以传统通用航空和新型无人机产业为基础的低空经济正在蒸蒸日上。为了推进低空经济健康发展,民航局统筹推进传统通用航空转型升级与新兴无人机产业创新发展,在继续强化顶层设计和规划引领的基础上,加强适航审定体系和能力建设,完善基础设施建设标准,推动低空服务保障体系建设,强化安全运行监管,规范市场管理。

  看似平淡无奇的一句话却让罗锡文在心中暗自琢磨:“何时不用人插秧就好了。针对广西农业发展的“堵点”,罗锡文还建议,做好顶层设计,提高农机企业的技术创造新兴事物的能力,提高社会化组织的服务能力,增强相关领域的科研力量。

  记者10日从中国汽车工业协会获悉,2024年1月至6月,我们国家新能源汽车产销量分别达492.9万辆和494.4万辆,同比分别增长30.1%和32%,市场占有率达35.2%。

  10日发布的《黄岩岛海域生态环境状况调查评估报告》显示,黄岩岛海域环境质量优,珊瑚礁ECO健康。

  日前,中国科学技术大学潘建伟、陈宇翱、姚星灿、邓友金等人成功构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器。

  在大数据、云计算等核心技术的推动下,人工智能迎来前所未有的发展机遇,成为引领新一轮科技革命和产业革命的战略性技术,为经济高水平质量的发展注入了新动能,是加快培育和发展新质生产力的重要引擎。

  7月9日,记者从上海交通大学获悉,该校自主研制的深海重载作业采矿车工程样机“开拓二号”,近日顺利完成深海试验航次。这是国内深海重载作业采矿车首次在4000米以深海底开展深海矿产资源试开采试验,验证了“开拓二号”技术性能已达国内领先、国际先进水平。

  从国家药监局获悉,我国持续实施医疗器械标准提高行动计划,重点支持人工智能医疗器械、新型生物医用材料等高端、创新领域标准研制,着力填补创新领域标准空白。

  “然而,如何针对应用场景的需求,实现大片段基因尺度DNA在基因组的高效精准整合,仍然是整个基因工程领域亟须突破的难题。该工具能够高效精准整合多种哺乳动物细胞中大片段基因,成功实现了以RNA为媒介的功能基因在多种哺乳动物基因组的精准写入。

  记者从国际相对论天体物理中心获悉,7月9日,第十七届马塞尔·格罗斯曼奖个人奖由该中心授予“中国天眼”首席科学家、中国科学院国家天文台研究员李菂,以表彰其领导最灵敏射电望远镜项目作出的开创性贡献。

  实现高水平科技自主自强,必须加强基础研究;而加强基础研究,增加经费投入是关键。在空间科学领域,“嫦娥六号”实现世界首次月背采样返回,“天问一号”成功着陆火星,中国空间站全面建成,国家太空实验室正式运行。

  9日,应急管理部组织视频调度会,连线各省、自治区、直辖市应急管理厅(局)和新疆生产建设兵团应急管理局,分析研判近期强降雨及洪水发展形势,针对性部署当前防汛抢险救灾工作。

  在实现中华民族伟大复兴的壮阔征程上,面对发展和保护这一世界性难题,如何走出一条可持续发展的新路子,既关乎民族永续发展,也关乎人类前途命运。

  “拔尖计划”最早于2009年由教育部、中央组织部、财政部联合启动,旨在吸引最优秀的学生投身基础学科,助力学生成长为基础学科领域的领军人才。

  一个优秀的科创人才,仅仅拥有科学知识与技能是远远不足的。培养科创人才的重点是锻造思维方法、思维品质和个性化的兴趣与人格。

  7月7日晚10点,长沙理工大学洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室内灯火通明。实验室主任蒋昌波正带领科研团队紧盯着实验室内智慧洞庭信息化平台上的数据,不时做着演算和记录。

  为规范人类基因组编辑研究行为,促进人类基因组编辑研究健康发展,国家科技伦理委员会医学伦理分委员会研究编制并于8日发布了《人类基因组编辑研究伦理指引》,供相关科研机构和科研人员参考使用。

  从中国科学院获悉,发射升空仅2周的中法天文卫星(SVOM,天基多波段空间变源监视器)经过在轨测试,卫星平台工作正常,并与地面40多个甚高频(VHF)快速通信站建立了实时连接,中法双方四台有效载荷均已完成开机测试。

  对全球10亿人来说,头痛、恶心、视力模糊和持续数天的疲劳可能会使他们变得虚弱。”论文通讯作者、丹麦哥本哈根大学神经科学家Maiken Nedergaard说:“偏头痛其实就是有保护作用的,因为它告诉人们需要休息、恢复和睡眠。

  记者从国家市场监督管理总局(国家标准化管理委员会)获悉:由全国饮食服务业标准化技术委员会归口,中国饭店协会牵头制定的《中央厨房 建设要求》《中央厨房 运营管理规范》两项推荐性国家标准近日获批发布,10月1日起实施。

相关新闻