激光技術(shù)被認為是人類(lèi)在智能化社會(huì )生存和發(fā)展的必不可少的工具之一。例如在無(wú)人駕駛中，車(chē)載激光雷達就可以代替人的眼睛，為車(chē)輛提供其周邊車(chē)況的變化情況。
當前，主要科技大國都高度重視激光技術(shù)的科研與應用，美、日、歐盟等國家和地區相繼啟動(dòng)激光技術(shù)相關(guān)研究計劃。我國也十分重視激光技術(shù)的研發(fā)與應用，在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專(zhuān)項擬立項的2018年度項目公示清單中，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用基礎研究這些具有前瞻性、戰略性意義的項目。
“在激光研究和應用領(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?！敝袊こ淘涸菏?、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)團隊取得一系列開(kāi)創(chuàng )性成果：發(fā)現光學(xué)參量效應相位匹配折返現象的普遍性，發(fā)明多波長(cháng)光參量激光器；帶領(lǐng)團隊首次研制成功實(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)頂層設計和發(fā)展路線(xiàn)圖，率領(lǐng)團隊研制成功首臺三基色LD激光電視；率先在國內開(kāi)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(zhuān)訪(fǎng)，講述他在我國激光技術(shù)研究和應用領(lǐng)域的思考。
激光是人工智能時(shí)代必不可少的工具
問(wèn)
什么是固體激光？
它在我們日常生活中有哪些應用？
許祖彥：激光的理論基礎起源于物理學(xué)家愛(ài)因斯坦。1917年愛(ài)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(shuō)在組成物質(zhì)的原子中，有不同數量的粒子（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(huì )從高能級跳（躍遷）到低能級上，這時(shí)將會(huì )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，能出現一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強光的現象。這就叫“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱(chēng)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，液體中的有機染料等。所謂固體激光，就是在固體內，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(dòng)、體積小、功能效率高?，F在，固體激光的波長(cháng)是可以改變的，即是可以調諧的。
現在我們正在進(jìn)入人工智能時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，激光是一種必不可少的工具，或者說(shuō)是手段。比如掃地機器人，如果裝上激光雷達，就能在避障和智能化方面擁有更好的表現，能夠在最短時(shí)間內高效率地完成整個(gè)房屋的清潔工作。
問(wèn)
你曾說(shuō)激光顯示將成為
下一代顯示產(chǎn)品的主流，為什么這么說(shuō)？
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(mèng)”，是我的奮斗目標之一。
人類(lèi)獲取信息80%靠視覺(jué)。顯示是人機交互界面的終端，是通過(guò)人眼直接觀(guān)看的，具備信息傳播、觀(guān)賞娛樂(lè )等功能。顯示處于信息產(chǎn)業(yè)鏈的終端，市場(chǎng)巨大?，F在全球產(chǎn)業(yè)規模每年在3500億美元左右，我國的產(chǎn)業(yè)規模也超過(guò)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30年代，世界上出現了黑白顯示技術(shù)，到上世紀50年代，產(chǎn)生了彩色顯示技術(shù)，再到20世紀末，數字顯示技術(shù)的出現，解決了顯示產(chǎn)品的清晰問(wèn)題。但之前這些技術(shù)，都是國外率先實(shí)現原理可行的，中國人想看中國電視的“中國夢(mèng)”，一直沒(méi)能實(shí)現。
激光顯示技術(shù)雖然早在20世紀60年代就被提出，但直到21世紀初才在我國率先實(shí)現了原理可行。其原理是以紅、綠、藍三基色激光為光源，通過(guò)調控三色激光強度比、總強度和強度時(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問(wèn)題。激光譜寬窄、方向性好、功率高，能夠精準控制在人眼最佳視覺(jué)感知區，易實(shí)現8K高分辨高對比度，這些特點(diǎn)是其他所有顯示光源無(wú)法同時(shí)具備的；激光顯示還有一個(gè)優(yōu)勢就是觀(guān)看舒適度高、護眼，因為它是漫反射成像、全像素發(fā)光、無(wú)短波藍光。根據中國電子技術(shù)標準化研究院的報告，激光顯示技術(shù)具有良好的舒適度，低視覺(jué)疲勞，并且沒(méi)有短波藍光的傷害。
近20年來(lái)，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(gè)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首條三基色LD激光顯示生產(chǎn)示范線(xiàn)，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(guò)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)、整機及專(zhuān)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)，應該說(shuō)我們在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)達到了國際領(lǐng)先水平，我們已經(jīng)有能力結束進(jìn)口顯示產(chǎn)線(xiàn)的歷史，圓中國人看中國電視的“中國夢(mèng)”。
2018年底，我們團隊完成了中宣部委托、工信部下達的“中國新型顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究”國家智庫重大戰略咨詢(xún)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(kāi)發(fā)諸如電子紙顯示在電子書(shū)等領(lǐng)域、發(fā)光二極管（LED）顯示技術(shù)在室內外大屏幕顯示方面的特色市場(chǎng)。
激光技術(shù)是我國重要的戰略支撐技術(shù)
問(wèn)
為什么說(shuō)激光技術(shù)是
我國重要的戰略支撐技術(shù)？
許祖彥：凡是我國有戰略需求而又買(mǎi)不來(lái)的技術(shù)，就是戰略支撐技術(shù)。
激光在國家經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展中有很多應用。用固體激光，能夠實(shí)現制造業(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(chǎng)后，有效提升了噴絲孔的加工質(zhì)量，進(jìn)而為熔噴布實(shí)現國產(chǎn)加工邁進(jìn)一大步。
激光技術(shù)作為我國的重要戰略支撐技術(shù)之一，支撐作用主要體現在兩個(gè)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目“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項目”通過(guò)驗收，這個(gè)系列科研裝備的研制成功，使我國成為世界上唯一一個(gè)能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。這些儀器設備的研制成功及利用這些設備在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體、寬禁帶半導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(kāi)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)，這批儀器設備直到今日仍然對國外“禁運”。
在高新技術(shù)方面，我舉兩個(gè)案例。一個(gè)是中科院院士顧瑛的例子，她用激光治療常規血管病，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(gè)是中科院半導體研究所的林學(xué)春研究員的例子，他開(kāi)發(fā)了激光清洗汽車(chē)輪胎模具國產(chǎn)化成套方法，制造的相關(guān)設備不僅環(huán)保、安全高效，而且降低了我國此前對德國進(jìn)口類(lèi)似產(chǎn)品的依賴(lài)。
問(wèn)
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(chē)輪胎模具國產(chǎn)化成套方法，這個(gè)屬于國際先進(jìn)水平。
我國激光技術(shù)應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(cháng)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(gè)項目，均實(shí)現成果轉化和大量應用，是我國電信傳輸網(wǎng)SDH（同步數字體系）與互聯(lián)網(wǎng)（含以太網(wǎng)）兩網(wǎng)融合的開(kāi)拓者之一。
在一些精密儀器制造行業(yè)，激光導航也是未來(lái)產(chǎn)業(yè)應用的一個(gè)重要方向。有了先進(jìn)的激光導航技術(shù)，機器人工人就可以在工廠(chǎng)里高效率地工作。
“追光”成為一種潮流
問(wèn)
今年6月，陜西省推出“追光計劃”，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世紀最具戰略性、基礎性、先導性的新興產(chǎn)業(yè)之一。隨著(zhù)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(lái)整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的基石，也將迎來(lái)暴發(fā)式增長(cháng)。
“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(huì )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)展和應用提供了前瞻性的指引和支持；2014年，歐盟啟動(dòng)實(shí)施“地平線(xiàn)2020”計劃，將光子技術(shù)作為決定歐盟工業(yè)生存和未來(lái)競爭力的六大關(guān)鍵要素之一，投入巨資建設。我國也在這個(gè)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)計劃重點(diǎn)專(zhuān)項。
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)精密機械研究所的條紋相機，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(guò)非常深刻的印象。西安光機所現在光電全面發(fā)展，這是一個(gè)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化模式，這是發(fā)展優(yōu)勢。總體來(lái)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。
問(wèn)
你對年輕科研人員成長(cháng)有何建議？
許祖彥：我國在激光技術(shù)研究和應用領(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”，要爭當戰略科學(xué)家。這有兩層含義，一方面，在這個(gè)領(lǐng)域我們已經(jīng)有了一定的“家底”；另一方面，這個(gè)“家”未來(lái)的發(fā)展不能“守成”。中青年科學(xué)家不能滿(mǎn)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)的人才培養與社會(huì )的發(fā)展需求有一定程度的脫節。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(dòng)能力的領(lǐng)軍型科技人才。
與此同時(shí)，我國現行的科研人才培養體制還需要進(jìn)一步優(yōu)化，比如把一些好的科研苗子送出去培養。
在科研人員待遇方面，我們要在弘揚艱苦奮斗精神的同時(shí)，根據社會(huì )發(fā)展調整科研人員薪酬分配的體制機制，及時(shí)跟上社會(huì )發(fā)展趨勢。
此外，對于有潛力成為戰略科學(xué)家的年輕人，國家應該考慮給予其適合的培養渠道和重點(diǎn)培養方案。
掃描關(guān)注我們