中國工程院院士許祖彥
在人工智能時(shí)代，激光是一種必不可少的工具
我國激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)邁入國際領(lǐng)先行列，在關(guān)鍵材料、元件、技術(shù)、整機(jī)及專利等方面已具備自主可控發(fā)展產(chǎn)業(yè)的條件
我國成為世界上唯一一個能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。這批儀器設(shè)備直到今日仍然對國外“禁運(yùn)”
中青年科學(xué)家不要都變成科研“富二代”，要爭當(dāng)戰(zhàn)略科學(xué)家。這有兩層含義，一方面，在這個領(lǐng)域我們已經(jīng)有了一定的“家底”;另一方面，這個“家”未來的發(fā)展不能“守成”。中青年科學(xué)家不能滿足于躺在前人的“功勞簿”上
文 |《瞭望》新聞周刊記者 姚友明
激光技術(shù)被認(rèn)為是人類在智能化社會生存和發(fā)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(dá)就可以代替人的眼睛，為車輛提供其周邊車況的變化情況。
當(dāng)前，主要科技大國都高度重視激光技術(shù)的科研與應(yīng)用，美、日、歐盟等國家和地區(qū)相繼啟動激光技術(shù)相關(guān)研究計(jì)劃。我國也十分重視激光技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專項(xiàng)擬立項(xiàng)的2018年度項(xiàng)目公示清單中，不乏像高效精密激光增材制造-電解加工整體制造技術(shù)和飛秒激光精密制造應(yīng)用基礎(chǔ)研究這些具有前瞻性、戰(zhàn)略性意義的項(xiàng)目。
“在激光研究和應(yīng)用領(lǐng)域，我國總體上處于國際先進(jìn)水平，某些方面是國際領(lǐng)先水平。”中國工程院院士、中國科技大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系主任許祖彥介紹。
許祖彥是我國激光物理和激光技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得一系列開創(chuàng)性成果：發(fā)現(xiàn)光學(xué)參量效應(yīng)相位匹配折返現(xiàn)象的普遍性，發(fā)明多波長光參量激光器;帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)首次研制成功實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器;率先在國內(nèi)研制成功激光全色投影顯示，提出激光顯示產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計(jì)和發(fā)展路線圖，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制成功首臺三基色LD激光電視;率先在國內(nèi)開展高光束質(zhì)量全固態(tài)激光研究等。
近日，許祖彥接受《瞭望》新聞周刊專訪，講述他在我國激光技術(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域的思考。
激光是人工智能時(shí)代必不可少的工具
《瞭望》：什么是固體激光?它在我們?nèi)粘Ｉ钪杏心男?yīng)用?
許祖彥：激光的理論基礎(chǔ)起源于物理學(xué)家愛因斯坦。1917年愛因斯坦提出了一套全新的技術(shù)理論“光與物質(zhì)相互作用”。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)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(fā)，會從高能級跳(躍遷)到低能級上，這時(shí)將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫“受激輻射的光放大”，簡稱激光。
液體、氣體和固體都能產(chǎn)生激光。氣體有氬氣、二氧化碳，液體中的有機(jī)染料等。所謂固體激光，就是在固體內(nèi)，比如在激光晶體、激光陶瓷、激光玻璃這些東西上產(chǎn)生的激光。固體激光不像氣體激光，它不流動、體積小、功能效率高?，F(xiàn)在，固體激光的波長是可以改變的，即是可以調(diào)諧的。
現(xiàn)在我們正在進(jìn)入人工智能時(shí)代，在這個時(shí)代，激光是一種必不可少的工具，或者說是手段。比如掃地機(jī)器人，如果裝上激光雷達(dá)，就能在避障和智能化方面擁有更好的表現(xiàn)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)高效率地完成整個房屋的清潔工作。
《瞭望》：你曾說激光顯示將成為下一代顯示產(chǎn)品的主流，為什么這么說?
許祖彥：自主可控地打造新一代顯示產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)，圓中國人看中國電視的“中國夢”，是我的奮斗目標(biāo)之一。
人類獲取信息80%靠視覺。顯示是人機(jī)交互界面的終端，是通過人眼直接觀看的，具備信息傳播、觀賞娛樂等功能。顯示處于信息產(chǎn)業(yè)鏈的終端，市場巨大。現(xiàn)在全球產(chǎn)業(yè)規(guī)模每年在3500億美元左右，我國的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也超過了每年4000億元人民幣。顯示產(chǎn)業(yè)是大國必爭之地。
上世紀(jì)30年代，世界上出現(xiàn)了黑白顯示技術(shù)，到上世紀(jì)50年代，產(chǎn)生了彩色顯示技術(shù)，再到20世紀(jì)末，數(shù)字顯示技術(shù)的出現(xiàn)，解決了顯示產(chǎn)品的清晰問題。但之前這些技術(shù)，都是國外率先實(shí)現(xiàn)原理可行的，中國人想看中國電視的“中國夢”，一直沒能實(shí)現(xiàn)。
激光顯示技術(shù)雖然早在20世紀(jì)60年代就被提出，但直到21世紀(jì)初才在我國率先實(shí)現(xiàn)了原理可行。其原理是以紅、綠、藍(lán)三基色激光為光源，通過調(diào)控三色激光強(qiáng)度比、總強(qiáng)度和強(qiáng)度時(shí)空分布進(jìn)行顯示。激光顯示技術(shù)解決的是圖像高保真再現(xiàn)問題。激光譜寬窄、方向性好、功率高，能夠精準(zhǔn)控制在人眼最佳視覺感知區(qū)，易實(shí)現(xiàn)8K高分辨高對比度，這些特點(diǎn)是其他所有顯示光源無法同時(shí)具備的;激光顯示還有一個優(yōu)勢就是觀看舒適度高、護(hù)眼，因?yàn)樗锹瓷涑上?、全像素發(fā)光、無短波藍(lán)光。根據(jù)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的報(bào)告，激光顯示技術(shù)具有良好的舒適度，低視覺疲勞，并且沒有短波藍(lán)光的傷害。
近20年來，激光顯示在我國經(jīng)歷了從原理可行、技術(shù)可行到產(chǎn)業(yè)可行的三個發(fā)展階段。特別是2015年，杭州中科極光科技有限公司建成國內(nèi)首條三基色LD激光顯示生產(chǎn)示范線，2017年推出世界首臺三基色LD激光電視產(chǎn)品。到2019年，我國激光顯示企業(yè)已有27家，年產(chǎn)值超過150億元。我國激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)邁入國際領(lǐng)先行列，在關(guān)鍵材料、元件、技術(shù)、整機(jī)及專利等方面已具備自主可控發(fā)展產(chǎn)業(yè)的條件。從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該說我們在這個領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，我們已經(jīng)有能力結(jié)束進(jìn)口顯示產(chǎn)線的歷史，圓中國人看中國電視的“中國夢”。
2018年底，我們團(tuán)隊(duì)完成了中宣部委托、工信部下達(dá)的“中國新型顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究”國家智庫重大戰(zhàn)略咨詢課題。我們建議：以激光顯示產(chǎn)業(yè)為主要發(fā)展方向，百花齊放，開發(fā)諸如電子紙顯示在電子書等領(lǐng)域、發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù)在室內(nèi)外大屏幕顯示方面的特色市場。
在第十七屆中國(天津)國際裝備制造業(yè)博覽會上，激光切割機(jī)進(jìn)行金屬切割作業(yè)演示(6月3日攝) 孫凡越攝/本刊
激光技術(shù)是我國重要的戰(zhàn)略支撐技術(shù)
《瞭望》：為什么說激光技術(shù)是我國重要的戰(zhàn)略支撐技術(shù)?
許祖彥：凡是我國有戰(zhàn)略需求而又買不來的技術(shù)，就是戰(zhàn)略支撐技術(shù)。
激光在國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中有很多應(yīng)用。用固體激光，能夠?qū)崿F(xiàn)制造業(yè)的跨越式發(fā)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制孔方向上多年的技術(shù)積累，突破了我國企業(yè)在生產(chǎn)防護(hù)口罩熔噴布材料時(shí)存在的噴絲板技術(shù)瓶頸。該技術(shù)投入市場后，有效提升了噴絲孔的加工質(zhì)量，進(jìn)而為熔噴布實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)加工邁進(jìn)一大步。
激光技術(shù)作為我國的重要戰(zhàn)略支撐技術(shù)之一，支撐作用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是支撐科研前沿，二是支撐國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
在支撐科研前沿方面，2013年，我參與的國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項(xiàng)目”通過驗(yàn)收，這個系列科研裝備的研制成功，使我國成為世界上唯一一個能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。這些儀器設(shè)備的研制成功及利用這些設(shè)備在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等研究中獲得的重要成果，使我國深紫外領(lǐng)域的科學(xué)研究水平處于國際領(lǐng)先地位，并在物理、化學(xué)、材料、信息等領(lǐng)域開創(chuàng)了一些新的多學(xué)科交叉前沿。這些成果受到了海外學(xué)者的高度評價(jià)，這批儀器設(shè)備直到今日仍然對國外“禁運(yùn)”。
在高新技術(shù)方面，我舉兩個案例。一個是中科院院士顧瑛的例子，她用激光治療常規(guī)血管病，創(chuàng)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(nèi)臟止血，挽救病人生命而不對病人皮膚造成傷害，這一療法在國際上也獲得推廣;還有一個是中科院半導(dǎo)體研究所的林學(xué)春研究員的例子，他開發(fā)了激光清洗汽車輪胎模具國產(chǎn)化成套方法，制造的相關(guān)設(shè)備不僅環(huán)保、安全高效，而且降低了我國此前對德國進(jìn)口類似產(chǎn)品的依賴。
《瞭望》：如何評價(jià)我國激光技術(shù)發(fā)展的國際地位?
許祖彥：在激光研究和應(yīng)用領(lǐng)域，我國總體上處于國際先進(jìn)水平，某些方面是國際領(lǐng)先水平。比如剛才提到的“顧式療法”以及“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項(xiàng)目”，都是國際領(lǐng)先水平。再比如林學(xué)春研究員的激光清洗汽車輪胎模具國產(chǎn)化成套方法，這個屬于國際先進(jìn)水平。
我國激光技術(shù)應(yīng)用方面在許多方向上都有突破和發(fā)展。激光通訊方面，做得比較好的是中國工程院的余少華院士。他長期從事光纖通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，主持完成國家973和863等十余個項(xiàng)目，均實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化和大量應(yīng)用，是我國電信傳輸網(wǎng)SDH(同步數(shù)字體系)與互聯(lián)網(wǎng)(含以太網(wǎng))兩網(wǎng)融合的開拓者之一。
在一些精密儀器制造行業(yè)，激光導(dǎo)航也是未來產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的一個重要方向。有了先進(jìn)的激光導(dǎo)航技術(shù)，機(jī)器人工人就可以在工廠里高效率地工作。
“追光”成為一種潮流
《瞭望》：今年6月，陜西省推出“追光計(jì)劃”，希望聚焦先進(jìn)激光與光子制造、光子材料與芯片、光子傳感三大重點(diǎn)領(lǐng)域，發(fā)展光子技術(shù)原始創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)高地。你如何看待這一發(fā)展方向?
許祖彥：光子產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最具戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性的新興產(chǎn)業(yè)之一。隨著世界集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光子取代電子成為趨勢。光子產(chǎn)業(yè)將是未來整個信息產(chǎn)業(yè)的基石，也將迎來暴發(fā)式增長。
“追光”在全球早已成為科學(xué)界的一種潮流：2013年，美國國家科學(xué)研究委員會發(fā)布《光學(xué)與光子學(xué)：美國不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)》，為光子科技的發(fā)展和應(yīng)用提供了前瞻性的指引和支持;2014年，歐盟啟動實(shí)施“地平線2020”計(jì)劃，將光子技術(shù)作為決定歐盟工業(yè)生存和未來競爭力的六大關(guān)鍵要素之一，投入巨資建設(shè)。我國也在這個領(lǐng)域不甘落后。今年，信息光子技術(shù)被列為“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)。
西安有豐富的科教資源和科技人才優(yōu)勢，中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所的條紋相機(jī)，以及用激光方案為我國航天器提供登月下降控制方案，都給我留下過非常深刻的印象。西安光機(jī)所現(xiàn)在光電全面發(fā)展，這是一個科學(xué)的發(fā)展理念，而且還有相對成熟且高效的科研成果轉(zhuǎn)化模式，這是發(fā)展優(yōu)勢?？傮w來看，陜西省不論是技術(shù)優(yōu)勢還是政策支持，對于光子產(chǎn)業(yè)發(fā)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(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域缺乏高端人才。希望中青年科學(xué)家不要都變成科研“富二代”，要爭當(dāng)戰(zhàn)略科學(xué)家。這有兩層含義，一方面，在這個領(lǐng)域我們已經(jīng)有了一定的“家底”;另一方面，這個“家”未來的發(fā)展不能“守成”。中青年科學(xué)家不能滿足于躺在前人的“功勞簿”上。
雖然目前我國研發(fā)人員總量已經(jīng)穩(wěn)居世界首位，但關(guān)鍵崗位的核心人才依然短缺，大學(xué)的人才培養(yǎng)與社會的發(fā)展需求有一定程度的脫節(jié)。目前，我國急需一批在國際上具有學(xué)術(shù)引領(lǐng)能力和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動能力的領(lǐng)軍型科技人才。
與此同時(shí)，我國現(xiàn)行的科研人才培養(yǎng)體制還需要進(jìn)一步優(yōu)化，比如把一些好的科研苗子送出去培養(yǎng)。
在科研人員待遇方面，我們要在弘揚(yáng)艱苦奮斗精神的同時(shí)，根據(jù)社會發(fā)展調(diào)整科研人員薪酬分配的體制機(jī)制，及時(shí)跟上社會發(fā)展趨勢。
此外，對于有潛力成為戰(zhàn)略科學(xué)家的年輕人，國家應(yīng)該考慮給予其適合的培養(yǎng)渠道和重點(diǎn)培養(yǎng)方案。
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