我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)展與展望

    "激光"一詞是"LASER"的意譯。LASER原是Light amplification by stimulated emissi on of radiation取字頭組合而成的專門名詞，在我國(guó)曾被翻譯成"萊塞"、"光激射器"、"光受激輻射放大器"等。1964年，錢學(xué)森院士提議取名為"激光"，既反映了"受激輻射"的科學(xué)內(nèi)涵，又表明它是一種很強(qiáng)烈的新光源，貼切、傳神而又簡(jiǎn)潔，得到我國(guó)科學(xué)界的一致認(rèn)同并沿用至今。

     從1961年中國(guó)第一臺(tái)激光器宣布研制成功至今，在全國(guó)激光科研、教學(xué)、生產(chǎn)和使用單位共同努力下，我國(guó)形成了門類齊全、水平先進(jìn)、應(yīng)用廣泛的激光科技領(lǐng)域，并在產(chǎn)業(yè)化上取得可喜進(jìn)步，為我國(guó)科學(xué)技術(shù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)作出了積極貢獻(xiàn)，在國(guó)際上了也爭(zhēng)得了一席之地。

一、我國(guó)早期激光技術(shù)的發(fā)展            

     1957年，王大珩等在長(zhǎng)春建立了我國(guó)第一所光學(xué)專業(yè)研究所--中國(guó)科學(xué)院（長(zhǎng)春）光學(xué)精密儀器機(jī)械研究所（簡(jiǎn)稱"光機(jī)所"）。在老一輩專家?guī)ьI(lǐng)下，一批青年科技工作者迅速成長(zhǎng)，鄧錫銘是其中的突出代表。早在1958年美國(guó)物理學(xué)家肖洛、湯斯關(guān)于激光原理的著名論文發(fā)表不久，他便積極倡導(dǎo)開展這項(xiàng)新技術(shù)研究，在短時(shí)間內(nèi)凝聚了富有創(chuàng)新精神的中青年研究隊(duì)伍，提出了大量提高光源亮度、單位色性、相干性的設(shè)想和實(shí)驗(yàn)方案。1960年世界第一臺(tái)激光器問世。1961年夏，在王之江主持下，我國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器研制成功。此后短短幾年內(nèi)，激光技術(shù)迅速發(fā)展，產(chǎn)生了一批先進(jìn)成果。各種類型的固體、氣體、半導(dǎo)體和化學(xué)激光器相繼研制成功。在基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)方面、一系列新概念、新方法和新技術(shù)（如腔的Q突變及轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、行波放大、錸系離子的利用、自由電子振蕩輻射等）紛紛提出并獲得實(shí)施，其中不少具有獨(dú)創(chuàng)性。

     同時(shí)，作為具有高亮度、高方向性、高質(zhì)量等優(yōu)異特性的新光源，激光很快應(yīng)用于各技術(shù)領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。通信方面，1964年9月用激光演示傳送電視圖像，1964年11月實(shí)現(xiàn)3～30公里的通話。工業(yè)方面，1965年5月激光打孔機(jī)成功地用于拉絲模打孔生產(chǎn)，獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益。醫(yī)學(xué)方面，1965年6月激光視網(wǎng)膜焊接器進(jìn)行了動(dòng)物和臨床實(shí)驗(yàn)。國(guó)防方面，1965年12月研制成功激光漫反射測(cè)距機(jī)（精度為10米/10公里），1966年4月研制出遙控脈沖激光多普勒測(cè)速儀。

     可以說，在起步階段我國(guó)的激光技術(shù)發(fā)展迅速，無論是數(shù)量還是質(zhì)量，都和當(dāng)時(shí)國(guó)際水平接近，一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)能夠如此迅速趕上世界先進(jìn)行列，在我國(guó)近代科技發(fā)展史上并不多見。這些成績(jī)的取得，尤其是能夠把物理設(shè)想、技術(shù)方案順利地轉(zhuǎn)化成實(shí)際激光器件，主要得力于光機(jī)所多年來在技術(shù)光學(xué)、精密機(jī)械和電子技術(shù)方面積累的綜合能力和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一項(xiàng)新技術(shù)的開發(fā)，沒有足夠的技術(shù)支撐是很難形成氣候的。

二、重點(diǎn)項(xiàng)目帶動(dòng)激光技術(shù)的發(fā)展

     激光科技事業(yè)從一開始就得到了領(lǐng)導(dǎo)和科學(xué)管理部門的高度重視。當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)張勁夫提出建立專業(yè)激光研究所的設(shè)想，很快得到國(guó)家科委、國(guó)家計(jì)委的批準(zhǔn)。主管科技的聶榮臻副總理還特別批示：研究所要建在上海，上海有較好的工業(yè)基礎(chǔ)，有利于發(fā)展這一新技術(shù)。1964年，我國(guó)第一所，也是當(dāng)時(shí)世界上第一所激光技術(shù)的專業(yè)研究所--中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（簡(jiǎn)稱"上海光機(jī)所"）成立。當(dāng)年12月在上海召開全國(guó)激光會(huì)議，張勁夫、嚴(yán)濟(jì)慈出席并主持會(huì)議，140位代表提交了103篇學(xué)術(shù)報(bào)告。

    1964年啟動(dòng)的"6403"高能釹玻璃激光系統(tǒng)、1965年開始研究的高功率激光系統(tǒng)和核聚變研究，以及1966年制定的研制15種軍用激光整機(jī)等重點(diǎn)項(xiàng)目，由于技術(shù)上的綜合性和高難度，有力地牽引和帶動(dòng)了激光技術(shù)各方面在中國(guó)的發(fā)展。我國(guó)的激光科技事業(yè)，雖然也遭遇了"文革"十年浩劫，但借助于重點(diǎn)項(xiàng)目的支撐，仍艱難地生存了下來并取得可貴的進(jìn)展。

1."6403"高能釹玻璃激光系統(tǒng)

     1964年啟動(dòng)，最后從技術(shù)上判定熱效應(yīng)是根本性技術(shù)障礙，于1976年下馬。這一項(xiàng)目對(duì)發(fā)展高能激光技術(shù)有歷史貢獻(xiàn)是不可忽視的，它使我國(guó)激光技術(shù)的水平上了一個(gè)臺(tái)階。其成果主要表現(xiàn)在：（1）建成了具有工程規(guī)模的大口徑（120毫米）振蕩-放大型激光系統(tǒng)，最大輸出能量達(dá)32萬焦耳；改善光束質(zhì)量后達(dá)3萬焦耳。（2）實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)技術(shù)集成，成功地進(jìn)行了打靶實(shí)驗(yàn)，室內(nèi)10米處擊穿80毫米鋁靶，室外2公里距離擊穿0.2毫米鋁耙，并系統(tǒng)地研究了強(qiáng)激光輻射的生物效應(yīng)和材料破壞機(jī)理。（3）第一次揭示了強(qiáng)光對(duì)激光系統(tǒng)本身的光損傷現(xiàn)象和機(jī)制。（4）第一次深入和理解激光光束質(zhì)量的重要性和物理內(nèi)涵，采用了一系列提高光束質(zhì)量的創(chuàng)新性技術(shù)，如萬焦耳級(jí)非穩(wěn)腔激光器、片狀激光器、振蕩-掃瞄放大式激光系統(tǒng)、尖劈法光束質(zhì)量診斷等。（5）激光元器件和支撐技術(shù)有了突破性提高，如低吸收高均勻性釹玻璃熔煉工藝、高能脈沖氙氣、高強(qiáng)度介質(zhì)膜、大口徑（1.2米）光學(xué)精密加工等。（6）培養(yǎng)和造就了一批技術(shù)骨干隊(duì)伍。

2. 高功率激光系統(tǒng)和核聚變研究

     1964年王淦昌獨(dú)立提出激光聚變倡議，1965年立項(xiàng)開始研究。經(jīng)幾年努力，建成了輸出功率10（上標(biāo)10）瓦的納秒級(jí)激光裝置，并于1973年5月首次在低溫固氘靶、常溫氘化鋰靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我國(guó)第一臺(tái)多程片狀放大器，把激光輸出功率提高了10倍，中子產(chǎn)額增加了一個(gè)量級(jí)。在國(guó)際上向心壓縮原理解密后，積極跟蹤并于1976年研制成六束激光系統(tǒng)，對(duì)充氣玻殼靶照射，獲得了近百倍的體壓縮。這一系列的重大突破，使我國(guó)的激光聚變研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列，也為以后長(zhǎng)期的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

3. 軍用激光研究

    1966年12月，國(guó)防科委主持召開了軍用激光規(guī)劃會(huì)，48個(gè)單位130余人參加，會(huì)議制定了包括含15種激光整機(jī)、9種支撐配套技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。雖未正式批準(zhǔn)生效，但仍起了有益的推動(dòng)作用。此后的幾年內(nèi)，這一領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批重要成果。例如：（1）靶場(chǎng)激光距技術(shù)初試成功：采用重復(fù)頻率為20赫茲的YAG調(diào)Q激光器，測(cè)距精度優(yōu)于2米，最遠(yuǎn)測(cè)量距離達(dá)660公里，加在經(jīng)緯儀上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行目標(biāo)的單站定軌。這一成果為以后完成洲際導(dǎo)彈再入段軌跡測(cè)量創(chuàng)造了必要條件。（2）紅寶石激光人造衛(wèi)星測(cè)距：成功地對(duì)美國(guó)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星Expl-27號(hào)、29號(hào)和36號(hào)進(jìn)行了測(cè)量、最遠(yuǎn)可測(cè)距離為2300公里，精度2米左右。這是第一代人造衛(wèi)星的測(cè)距成果，為以后更遠(yuǎn)距離、更高精度的人造衛(wèi)星測(cè)距打下了基礎(chǔ)。（3）紅寶石激光雷達(dá)和機(jī)載紅外激光雷達(dá)，首次實(shí)現(xiàn)了地-空和空-空對(duì)飛機(jī)的跟蹤測(cè)距。（4）激光航測(cè)儀：將激光測(cè)距機(jī)和航空照相機(jī)組合，由飛機(jī)機(jī)載對(duì)地航測(cè)，完成對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)等復(fù)要地形的測(cè)繪。重復(fù)率6次/分，測(cè)距精度1米。（5）地炮激光測(cè)距機(jī)：可獨(dú)立完成觀察、測(cè)距、測(cè)角（方向和高低角）及磁針定向等功能。測(cè)距范圍300-10000米，精度5米。

     在激光應(yīng)用方面，Nd:YAG激光通信（3-12路）、He-Ne激光通信、單路/三路半導(dǎo)體激光通信在通信試驗(yàn)中已獲得成功；Nd:YAG激光手術(shù)刀、CO2激光手術(shù)刀、激光虹膜切除儀等醫(yī)療設(shè)備也已投入使用；激光全息攝影、激光全息在平面光彈中的應(yīng)用，脈沖激光動(dòng)態(tài)全息照相和拉曼分光光度計(jì)已成為計(jì)量科學(xué)的新手段；數(shù)控激光切割機(jī)、激光準(zhǔn)直儀、激光分離同位素硫、用于農(nóng)業(yè)研究的液體激光器、大屏幕導(dǎo)航顯示器等成果也在工農(nóng)業(yè)中獲得了應(yīng)用。

     1978年3月召開的全國(guó)科學(xué)大會(huì)上，獲得獎(jiǎng)勵(lì)的激光項(xiàng)目有近80項(xiàng)，其中民品約70項(xiàng)，軍品約10項(xiàng)，綜合地反映了我國(guó)激光技術(shù)發(fā)展在這一時(shí)期的成績(jī)。

三、改革開放后取得前所未有的進(jìn)步
     改革開放以來，激光技術(shù)獲得了空前發(fā)展的機(jī)遇。20多年來，面向應(yīng)用，面向世界，面向未來，激光科技事業(yè)取得了前所未有的進(jìn)步，涌現(xiàn)出一批國(guó)際先進(jìn)水平的成果，為邁向21世紀(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

     1980年5月，分別在上海、北京舉行了第一次國(guó)際激光會(huì)議，與會(huì)代表218人（國(guó)外66人），宣讀113篇報(bào)告（國(guó)外65篇），鄧小平同志親切接見了與會(huì)中外代表。1983年在廣州和1986年在廈門又舉行了第二次、第三次國(guó)際會(huì)議，改變了我國(guó)的激光技術(shù)多年來封閉運(yùn)轉(zhuǎn)的局面，開始走向世界。一大批年輕科技人才出國(guó)進(jìn)修，其中相當(dāng)一部分優(yōu)秀人才學(xué)成歸國(guó)。為了形成高水平的研究開發(fā)中心，對(duì)科研隊(duì)伍和布局進(jìn)行了積極調(diào)整，先后成立了一批國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、開放實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家工程研究中心和產(chǎn)學(xué)研組織。由于擁有國(guó)際先進(jìn)的儀器設(shè)備和設(shè)施，聚集了高水平的科技人才，又有較為靈活的運(yùn)行機(jī)制，目前正在為激光科技成果轉(zhuǎn)化、創(chuàng)造自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和促進(jìn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)揮重要作用。在多項(xiàng)國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略性科技計(jì)劃中，激光技術(shù)受到重視。"863"計(jì)劃七大領(lǐng)域中有激光技術(shù)和光電子技術(shù)（包括用于信息領(lǐng)域的激光技術(shù)），1995年又增列了"慣性約束聚變"主題。國(guó)防預(yù)研光電子技術(shù)作為跨部門項(xiàng)目正式立項(xiàng)，其中也包括激光技術(shù)。國(guó)家"六五"和"七五"攻關(guān)計(jì)劃，激光技術(shù)被列為重大項(xiàng)目。此外，國(guó)家自然科學(xué)基金1986-1998年間年平均資助27.6個(gè)激光領(lǐng)域項(xiàng)目。這些由國(guó)家支持的計(jì)劃都經(jīng)過了充分論證和嚴(yán)格挑選，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有重要意義。許多激光科研單位也主動(dòng)進(jìn)行組織體制和運(yùn)行機(jī)制的改革，面向市場(chǎng)、鼓勵(lì)創(chuàng)新、大力促進(jìn)科技成果向商品轉(zhuǎn)化，取得了可喜成績(jī)。

     激光器研究向縱深發(fā)展，不斷追求高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命、短脈沖、波長(zhǎng)可調(diào)諧等目標(biāo)。這一時(shí)期，激光技術(shù)成果豐碩，許多具有重大應(yīng)用價(jià)值和達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。其中的代表性成果有：

1. 測(cè)距和測(cè)衛(wèi)

      新一代實(shí)用測(cè)距系統(tǒng)投入使用，完成了預(yù)定的重要任務(wù)。其中，718和G-179激光電影經(jīng)緯儀投入使用并圓滿完成任務(wù)；第一臺(tái)全激光跟蹤測(cè)距雷達(dá)外場(chǎng)試驗(yàn)成功；第一臺(tái)實(shí)用化紅外激光雷達(dá)（G-168）設(shè)計(jì)定型，交用戶使用；戰(zhàn)術(shù)軍用激光測(cè)距儀（炮兵、坦克、手持）批量生產(chǎn)。建成第三代人造衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)反入使用并達(dá)到國(guó)際水平。第一代紅寶石SLR系統(tǒng)的測(cè)距精度為米級(jí)，第二代YAG調(diào)Q激光器的精度達(dá)分米級(jí)，第三代鎖模激光器加微機(jī)系統(tǒng)在大于8000公里距離上精度達(dá)厘米級(jí)。在上海、武漢、長(zhǎng)春、北京等先后建站，形成了中國(guó)網(wǎng)，數(shù)據(jù)參加國(guó)際交流。

2. 慣性約束聚變（ICF）激光驅(qū)動(dòng)器--"神光"系列

     在王淦昌、王大珩的指導(dǎo)下，中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程物理研究院從80年代開始聯(lián)合攻關(guān)，承擔(dān)了"神光"系列激光系統(tǒng)的研制和ICF物理實(shí)驗(yàn)，取得了國(guó)際矚目的成就。其中，"神光-Ⅰ"激光裝置于1986年建成，輸出功率2萬億瓦，達(dá)到國(guó)際同類裝置的先進(jìn)水平。"神光-Ⅰ"連續(xù)運(yùn)行8年，在ICF和X射線激光等前沿領(lǐng)域取得了一批國(guó)際一流水平的物理成果。90年代又研制了規(guī)模擴(kuò)大4倍、性能更為先進(jìn)?quot;神光-Ⅱ"裝置，并即將投入運(yùn)行。1995年，ICF在"863計(jì)劃"中立項(xiàng)，開始研制跨世紀(jì)的巨型激光驅(qū)動(dòng)器--"神光-Ⅲ"裝置，總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)研究已取得一系列高水平的成果。

3. 新型激光器
     兩種高功率連續(xù)波化學(xué)激光器，3.8微米的氟氘激光器（DF）和1.315微米短波長(zhǎng)氧碘激光器（COIL），均取得突破性進(jìn)展，功率和光束質(zhì)量?jī)H次于美國(guó)，達(dá)到當(dāng)前國(guó)際水平。X射線激光方面，碰撞機(jī)制的類氖鍺軟X射線激光（波長(zhǎng)為23.2納米和23.6納米）達(dá)到增益飽和并具有近衍射極限的光束質(zhì)量，居國(guó)際領(lǐng)先水平；復(fù)合泵浦X射線激光研究獲得一系列國(guó)際首次報(bào)道的新譜線，并向短波長(zhǎng)推進(jìn)到4.68納米。自由電子激光器和多波長(zhǎng)可調(diào)諧激光也取得了可喜進(jìn)展。

4. 中國(guó)牌新晶體走向世界
     我國(guó)發(fā)明的BBO、LBO晶體，以及KTP、鈦寶石等晶體以優(yōu)異的質(zhì)量在國(guó)際市場(chǎng)享有盛譽(yù)并占有一定的份額。

四、方興未艾的激光行業(yè)

     盡管早在60年代已在加工（激光打孔）、醫(yī)療器械和測(cè)距等方面出現(xiàn)了激光產(chǎn)業(yè)的雛形，然而當(dāng)時(shí)只是零星的、分散的小量研制性生產(chǎn)，未能形成氣候。真正得到重視并實(shí)質(zhì)性起步，還是在改革開放發(fā)后，特別是"發(fā)展高技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化"的政策導(dǎo)向下，我國(guó)才有了真正意義上的激光產(chǎn)業(yè)。
     1987年1月，中國(guó)光學(xué)行業(yè)協(xié)會(huì)成立，后改名為中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)，其下設(shè)有激光分會(huì)。據(jù)1998年該行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)狀況的調(diào)研統(tǒng)計(jì)，全國(guó)主要激光產(chǎn)品生產(chǎn)單位約100多家，從業(yè)人員6400人，人均銷售額12.5萬元，主要分布在湖北、北京和上海。我國(guó)的激光產(chǎn)業(yè)由1988年的1億元增加到1998年的8億元，平均年增長(zhǎng)22.3%，10年總銷售額達(dá)41.2億元。1998年出口1120萬美元，占總值的11.6%。

     按國(guó)際慣用分類方法，激光產(chǎn)品包括激光加工、醫(yī)療、印刷、光存儲(chǔ)，測(cè)距準(zhǔn)直、檢測(cè)、文娛教育中的各種激光儀器和設(shè)備，激光器件和通信用激光組件，以及激光用材料元器件和部件等11類。在我國(guó)，銷售額比較大的是激光測(cè)距和準(zhǔn)直，發(fā)展最快的是激光加工（近兩年來YAG激光加工設(shè)備以46%-60%的速率增長(zhǎng)，達(dá)9000萬元，超過了CO2激光加工設(shè)備）。激光醫(yī)療市場(chǎng)開發(fā)較早，曾以高速度增長(zhǎng)，但現(xiàn)正處于低谷，銷售額在5500萬元徘徊。高端產(chǎn)品市場(chǎng)幾乎全被國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)，但天津大學(xué)開發(fā)的TD-98型Q開關(guān)紅寶石激光治療機(jī)以質(zhì)量取勝，通過了美國(guó)FDA認(rèn)證并批量出口。1998年激光器分類表明固體激光占37.4%，半導(dǎo)體激光占18.5%，呈現(xiàn)出固體激光市場(chǎng)旺盛，半導(dǎo)體激光迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。二極管泵浦的固體激光器（脈沖、連續(xù)、單模穩(wěn)頻、微片、倍頻）將成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
                   
     由于歷史原因，我們激光科研力量相對(duì)較強(qiáng)，而激光產(chǎn)業(yè)尚處幼稚產(chǎn)業(yè)階段，在社會(huì)轉(zhuǎn)型時(shí)期如何抓住機(jī)遇，大力促進(jìn)我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有更多份額，是廣大激光工作者面臨的光榮而艱巨的任務(wù)。
                   
五、結(jié)束語

     經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的努力，我國(guó)激光技術(shù)有了較為雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，鍛煉培養(yǎng)了一支素質(zhì)較高的隊(duì)伍。這支隊(duì)伍遍布科研、高校、產(chǎn)業(yè)部門和企業(yè)、地方，科技人員達(dá)數(shù)千人，包括一批學(xué)成歸國(guó)的優(yōu)秀青年科學(xué)家和20多名兩院院士。可以預(yù)計(jì)，我國(guó)激光科學(xué)技術(shù)在21世紀(jì)必將有更輝煌的發(fā)展。在ICF激光驅(qū)動(dòng)器、高功率化學(xué)激光器、半導(dǎo)體泵浦的固體激光器、超短超強(qiáng)激光器、激光測(cè)距測(cè)衛(wèi)、人工晶體和激光產(chǎn)業(yè)等方面，我國(guó)激光科技工作者將銳意創(chuàng)新，攀登新的高峰。