激光武器，這種頻繁見于《星球大戰》《星際迷航》等科幻片的“太空時代”武器，如今走入現實。去年7月，美國軍方在一次秘密試射中首度利用激光武器擊落飛機，這也使激光技術再次成為公眾關注的熱點。

　　1960年，世界上第一臺紅寶石激光器在美國貝爾實驗室誕生。自此，激光技術備受各國重視。世界各主要國家均將激光技術作為戰略高技術發展列入國家計劃：美國制定了21世紀激光科學與工程的發展規劃，日本制定了光子工程發展規劃，德國制定了光技術促進計劃，北歐諸國制定了新概念工廠計劃……我國也不例外。

　　“美國3D大片《阿凡達》，如果在激光影院中看，觀眾一定會感到更為震撼！”許祖彥院士如是說。從上世紀90年代起，在863計劃的支持下，我國科學家開始潛心研究全固態激光顯示技術。15年后，我國第一臺激光顯示樣機誕生，正是這項技術，在2008年北京奧運會和2010年上海世博會上，贏得了國外同行的贊譽。

2010年8月，第十九屆BIRTV展觀眾體驗激光3D電影。

2010年11月，中視中科參加武漢光博會，觀眾排隊等候入場體驗激光電影。

　　全固態激光器是激光技術的重要發展方向之一。全固態激光技術的應用極其廣泛，小到視網膜脫落后的治療，大到汽車、鉆井機、飛船制造過程中的切割、焊接，它都可以大顯身手。近年來，我國自主研發的全固態激光器在激光顯示、激光先進制造、激光醫療、微加工等關乎民生的方方面面，取得了令人矚目的成績。在剛剛舉行的“十一五”國家重大科技成就展上，激光電視、激光數字影院、大型復雜激光放大器、工業用高功率全固態激光器、全固態激光治療血管瘤等激光領域的重要成果，吸引了無數驚嘆的目光。

　　值得一提的是，人工晶體材料的研究成果為激光技術的進步奠定了堅實的基礎。25年來，863計劃對我國人工晶體材料和激光器的研究給予了持續而有力的支持，從最早支持材料科學與技術研究，到同時支持材料和器件的研究，再到既支持材料、器件的研究，又支持器件的產業化，863計劃見證了我國在人工晶體和激光器領域所取得的一個又一個驕人的“國際領先”，也留下了 “產、學、研、用”相結合的寶貴經驗。

　　第一章 人工晶體，促進全固態激光器發展

　　我不入地獄，誰入地獄！

　　1974年，福州，全國晶體生長學術會議。

　　參會的專家學者深刻認識到：現在世界上所有的非線性人工晶體材料都是國外發現的，我們總是跟著國外走，這樣下去是不行的。但當時所有晶體材料都是像貝爾實驗室那樣的國際頂尖的科研單位研制出來的，對于中國人是否有能力做出自己的晶體，大家都有些信心不足。當時中國科學院福建物質結構研究所的創始人盧嘉錫院士斬釘截鐵地說了一句：“我不入地獄，誰入地獄！”。會后，物構所的研究人員熱情高漲，決心一定要做出中國人自己的晶體材料。文革結束后，1977年陳創天被當時物構所所長盧嘉錫院士任命為非線性光學材料探索組組長，正式開始了新型非線性光學晶體材料的探索。

　　1979年，他們發現低溫相偏硼酸鋇（即β—BaB2O4，簡稱BBO）可能是一種新的非線性人工晶體。在此基礎上，又經過3年的努力，終于確定BBO晶體是一種應用價值很高的紫外非線性人工晶體。

　　1986年5月，陳創天代表他的課題組和美國斯坦福大學拜爾（Byer）教授研究組共同在美國舊金山召開的激光光電子會議上作了有關我國BBO晶體非線性光學性能的報告，引起了轟動。這次會議后，BBO晶體正式被國際學術界認可為一種優秀的非線性人工晶體。兩年后，他們又發明了三硼酸鋰（即LiB3O5簡稱LBO）晶體。由于BBO、LBO晶體首先由中國科學家發明，而且性能優異，應用前景看好，因此在國際上被譽為“中國牌晶體”。

　　1986年，BBO晶體獲中國科學院科技進步特等獎。1990年，LBO晶體獲中國科學院發明一等獎；1991年獲國家發明一等獎。BBO、LBO晶體還分別于1987、1989年獲美國光電子產業界頒發的十大光電子產品獎。

　　這兩種晶體作為激光頻率轉換晶體材料已經在激光高科技產業中得到廣泛的應用，是最具有工業應用價值的三種非線性人工晶體中的兩種。另一種磷酸鈦氧鉀KTiOPO4晶體（簡稱KTP）是美國杜邦公司發明的，但我國攻克了KTP晶體熔鹽法關鍵生長技術。1986年，在山東大學蔣民華院士的主持下，KTP晶體作為我國第一個高科技產品出口到先進工業國家，是當時高技術產品“零的突破”，25年來，KTP晶體生長技術不斷改進，質量提高、價格降低，使KTP晶體得到普及應用，有力地促進了中低功率激光產業的發展。

　　以光學超晶格為代表的微結構光學晶體是一種新型非線性光學材料，以這種晶體研制成的全固態激光器可以進一步拓展激光器的工作波長，在科學研究、高技術和工業應用方面發揮獨特作用。南京大學閔乃本院士研究組基于光學超晶格基礎研究成果，在863計劃的支持下，完成了小型全固態紅、綠、藍三基色激光器和準白光激光器等樣機的研制；包括光學超晶格在內的“介電體超晶格材料的設計、制備、性能和應用”的研究成果獲得2006年國家自然科學一等獎。基于光學超晶格的全固態激光器有可能作為一種技術方案在激光顯示、環境監測等領域獲得重要的應用。此外，我國大尺寸磷酸二氫鉀（KDP）等晶體的生長也滿足了我國國防高科技的急需，在超大功率激光工程中獲得應用。

　　先進的人工晶體要為我所用！

　　20世紀90年代初，863計劃開始大力支持激光器的發展，旨在將我國人工晶體材料優勢轉化為激光器件優勢，推動激光高技術產業的發展。從那時起，產業化成為人工晶體研究者要思考的另一個問題。

　　我國在人工晶體領域已經走在世界前沿，但如果僅靠出口晶體賺錢，非常不劃算。因為晶體的發明周期太長，沒有10年時間，不可能獲得可供應用的新晶體。

　　“如果直接將我們用10年乃至更長時間的心血發明的晶體出口到國外，那附加值太低了。”這是蔣民華院士一貫的信念。他是我國863計劃新材料領域第三任首席科學家，也是我國人工晶體產業化的先驅之一，在他的倡導下，我國人工晶體走向世界。但我們以低廉的價格出口人工晶體的同時，卻以相差百倍、千倍的價格進口激光器。這樣的現實使我國的人工晶體科學家開始思考怎樣扭轉這種不利局面，如何開創我國人工晶體和激光器發展的新面貌。#p#分頁標題#e#

　　他們提出了目標——先進的人工晶體要為我所用！

　　上世紀90年代，我國逐漸開始進行人工晶體的產業化。第一塊BBO晶體的報道發表于1984年，但1985年我國才有專利法。繼BBO之后的LBO擁有了專利，這也是我國第一個有自主知識產權的非線性人工晶體。1990年，中國科學院福建物質結構研究所創辦了國內第一家晶體公司——福晶公司。今天，福晶公司已經發展成全球最大的人工晶體材料及器件出口公司，年出口額過億，并已成功上市。

　　在國家相關科技計劃，包括863計劃的支持下，在BBO、LBO晶體產業化后，陳創天院士和他的研究團隊并沒有停止研究的步伐。他們針對這兩種晶體不能實現深紫外（指波長短于200nm）光輸出的缺點，運用分子工程學方法，進一步發明了KBe2BO3F2（KBBF）晶體。這一發明彌補了BBO和LBO兩種晶體不能實現深紫外倍頻光輸出的缺陷，從而把非線性人工晶體的轉換能力推向了深紫外波段。

　　在此基礎上，我國科學家和日本科學家合作首次成功研制出能量分辨率優于毫電子伏特的超高分辨率光電子能譜儀，可以說，沒有KBBF晶體和棱鏡耦合技術就不可能有超高分辨率光電子能譜儀，也不可能發展具有我國特色，以深紫外激光器為基礎的紫外科學儀器系列及相關的高水平研究工作。

　　2009年2月，《自然》以《中國“藏匿”的晶體珍寶》為題報道了中國人工晶體的成就：“中國在KBBF晶體上的壟斷地位并不是一個偶然，當其它國家的材料科學家和固體物理學家面對著一種資金匱乏，投入短缺的科研狀況的時候，他們的中國同行卻悄然占領了一系列廣闊的材料研究領域的制高點”；“其他國家在晶體生長方面的研究目前看來是無法趕上與中國的這個差距的”。

　　在國家長期的支持下，中國的人工晶體研究厚積薄發，從模仿、跟蹤到逐步走上獨立自主發展功能晶體的道路，成為我國數量逐步增多、具有國際領先水平的科學研究領域之一。2010年8月參加在北京舉辦的第16屆國際晶體生長會議的1100多位各國代表高度評價中國晶體生長的成就；這次會議是我國人工晶體全面走向世界的標志，也是我國人工晶體和激光產業結合，走向實用化產業化的新起點。

　　中國高水平的人工晶體為高水平全固態激光器的發展提供了堅實的材料基礎。

　　第二章 聯合協作，引發多領域技術變革

　　人類視覺史上的一次革命

　　國家“八五”計劃期間，863計劃開始著力支持我國全固態激光器的發展。863計劃以產業需求帶動技術發展為目標，重點部署了激光投影顯示技術、工業激光加工系統和激光醫療設備等任務，帶動5千瓦（kW）級全固態激光器件和系列化全固態激光器件及配套的人工晶體、大功率半導體量子阱材料與器件批量生產和應用技術的創新發展。

　　全固態激光技術的發展正在引發先進制造、激光顯示與激光醫療等重大領域的技術變革。

　　在全固態激光應用技術的發展過程中，首先要提到的是激光顯示技術。

　　從理論上來說，激光顯示技術是以三基色激光作為顯示光源，具有色域范圍廣（2倍于陰極射線管顯示器、液晶的色彩再現能力）、高色飽和度、壽命長（數萬小時）、環保、節能等優點，將導致顯示系統綜合性能的革命性提升。因此，國際顯示業認為激光顯示是“人類視覺史上的一次革命”。

　　縱觀顯示產品發展的歷史，許祖彥院士提出了顯示技術“黑白顯示―彩色顯示―數字顯示―大色域顯示”的發展規律，并指出激光顯示技術是顯示技術發展的重大方向。他與時任中國科學院長春光機所所長、現任科技部副部長的曹健林一起，組織中國科學院有關單位向國家建議發展具有自主知識產權的激光顯示技術。

　　“我之所以研究激光顯示技術，是源于我多年的一種糾結。”許祖彥院士微笑著娓娓道來，“總之，激光顯示千好萬好，但是，沒看到實物，誰能保證人眼看著就一定好？所以，我下定決心要造出一臺樣機來，讓人們觀看，大家公認好看，才算是好。事實證明，激光顯示器確實好，值得產業化。”

　　我國第一臺激光投影顯示器樣機的成功研制，使得對激光顯示器的評價不再停留在理論層面，而大大往前邁進了一步。

　　在國家863計劃支持下，2002年9月12日，我國首次實現DPL（激光二極管泵浦激光器）白光配比和激光全色顯示原理實驗。2003年，我國首次實現60英寸前投式激光家庭影院原理性演示。2005年和2006年，我國又研制成功背投式激光家庭影院效果樣機和140英寸、200英寸大屏幕激光投影顯示系統。該系統顯示出色彩艷麗、圖像清晰的動態畫面，整體技術達到國際先進水平，單元技術達到國際領先水平。2008年，我國研制出具有自主知識產權的高亮度激光投影產品，并成功在數字影院和北京奧運會獲得商業應用，領先國際同類產品2年半的時間。2010年，我國高亮度激光投影技術輸出光通量達到20000流明（lm），并通過了CE（歐盟認證）、FCC（美國聯邦通訊委員會）等國際認證，在上海世博會中國館大顯身手，在產業化道路上又邁出了堅實的一步。國產激光醫療設備比進口的更好

　　863計劃自2006年起，開始支持全固態連續532納米（nm）單光源血管瘤治療設備的研制。這是全固態激光器在醫療領域的重要應用。

　　“我們每周三的鮮紅斑痣激光治療門診的預約病人已經排到了半年以后。去年一共做了2000多例。這么大的治療量，之前進口的機器用了一年就不行了。現在這里的5臺機器都是我國863計劃研制的，5臺機器同時開，每天工作10個小時，幾年用下來很不錯。”301醫院激光醫學科主任顧瑛微笑著告訴記者。301醫院所用的國產機器正是“全固態激光治療血管瘤設備”。這是我國首臺具有完全自主知識產權、國際領先的全固態連續激光治療設備，為應用首選方法——血管靶向光動力療法治療鮮紅斑痣這種常見、多發的血管性疾病奠定了堅實的基礎。

　　“全固態激光治療血管瘤設備”不同于以往用銅蒸氣激光或倍頻燈泵YAG（石榴石）激光等作為光源的醫用光動力治療設備，它克服了上述激光器啟動時間長、輸出功率不穩定、光束質量不理想、體積龐大、能耗高、效率低、噪聲大等缺點，具有高效率、高穩定性、高功率、光束質量較好、體積小、低功耗、啟動快的優點。

　　高穩定性抗損傷#p#分頁標題#e#光學薄膜制備技術、諧振腔設計、中央控制主機軟件的設計、專家輔助決策系統以及故障模式、影響及危害性分析（FMECA）和故障樹分析（FTA）等技術，解決了以往光源難以連續、穩定、均勻輸出的難題，獲得多項發明專利授權。

　　我國首次實現藍綠雙光源連續輸出的、適于鮮紅斑痣的首選治療——血管靶向光動力療法使用的全固態激光治療設備，并已擁有完全自主知識產權。經測試，設備457納米（nm）和532納米（nm）連續光輸出均達到和超過4瓦（W）和8瓦（W）指標要求，功率不穩定度均在±2%以內，是迄今為止我國首臺用于鮮紅斑痣治療、大光斑連續輸出的全固態激光醫療設備。

　　“全固態激光治療血管瘤設備”的成功研制，不僅標志著由我國獨創的、國際領先的血管靶向光動力療法治療鮮紅斑痣技術配備了國際先進的、完全自主知識產權的全固態連續激光治療設備，同時還標志著臨床應用研究、光源、整機工程化研究相結合模式在先進激光醫療設備研發上的運用成功，對自主提升我國激光醫療設備整體水平具有重要意義。

　　高功率激光器關鍵器件國產化

　　5千瓦（kW）以上級高功率全固態激光器是當代具有代表性的先進制造技術，主要用于汽車工業、船舶工業、航空航天等行業中。在德國的奔馳、寶馬等汽車生產線上，該功率級激光器也被廣泛應用。

　　“十一五”之前，我國所有的高功率全固態激光器全部依賴進口，不僅價格昂貴，而且受到各種限制，阻礙了我國先進制造業的發展。“十一五”期間，在863計劃的支持下，中國科學院半導體研究所和中國科學院理化技術研究所自行研制出5千瓦（kW）工業化全固態激光器并在關鍵器件上實現了國產化，成功滿足了工業需求，并在實際中得到示范應用。

　　高功率全固態激光器可廣泛應用于汽車、船舶、航空、鐵路等對國民經濟起舉足輕重作用的材料加工領域，它的成功研制是我國高功率全固態激光器發展史上一個重要的里程碑，對盡快扭轉我國在先進制造領域關鍵成套裝備基本依靠進口的局面，全面提高我國制造業的技術創新能力、自我持續發展能力和國際競爭能力具有重要意義。

　　在全固態激光器領域，我國實現了大屏幕激光全色顯示系統、5千瓦（kW）級全固態激光在工業制造中的應用、全固態激光光動力治療系統及臨床應用以及激光微熔覆設備的重大突破。

　　第三章 產業化，全固態激光器走進百姓生活

　　時不我待

　　“從‘十一五’開始，863計劃的人工晶體和激光器研發打破了過去以關鍵技術突破為目標的組織管理方式，以具有產業化前景的應用需求為牽引，以企業為主體，引入了競爭機制，注意發揮用戶的作用，突破材料與器件關鍵技術，打造具有自主知識產權的高技術激光產業群。”“十一五”863計劃“全固態激光器及其應用”重點項目總體專家組成員畢勇研究員向記者介紹道。

　　鑒于激光顯示技術對未來顯示產業的重大推動作用，國家863計劃新材料領域組專家對這一重大方向進行了深入研究和論證。

　　2006年，時任中國科學院光電研究院院長的曹健林指出：“顯示產業是信息產業的重要組成部分，我國是顯示產品的生產大國和消費大國，但由于長期缺乏自主創新的核心技術，產業發展主要依賴技術引進，使我國顯示產業面臨巨大的生存壓力，在顯示產品的升級換代中處于被動局面；激光顯示技術是我國顯示產業發展過程中的一個機遇，如果抓得好，不僅將改變顯示產業發展的被動局面，而且還將帶動人工晶體材料和激光產品的快速發展”。

　　當前激光電視正處于大規模產業化的“前夜”，開展產業化技術攻關已成為現階段競爭的重點。日本、美國、韓國等在液晶顯示和等離子顯示領域已經取得領先的技術和市場地位，如今又將下一代顯示技術的發展方向鎖定到“激光顯示技術”。“我特別著急，怕他們有一天突然推向市場，我們又得跟在人家屁股后邊轉。”許祖彥院士說到這里，輕輕嘆了一口氣。

　　為贏得產業發展的寶貴時間，2006年，曹健林在中國科學院光電研究院部署了激光顯示實用化技術研究，邁出了產業化攻關的第一步。

　　手握專利

　　全固態激光器技術在國家863計劃的長期支持下，已經形成了比較完整的知識產權體系和自主創新體系，是目前我國為數不多的擁有整體優勢，同時也是戰略必爭的高技術領域。

　　當前，我國全固態激光器技術領域正處于產業化關鍵技術突破階段，全固態激光器極高的應用價值以及我國在這一領域的總體優勢，決定了我國在全固態激光器及其應用技術領域大有可為，有望發展成為一個高水平、高效益的新技術產業。

　　高功率全固態激光制造是先進制造領域的標志性核心技術之一。全固態激光的廣泛應用，引發了多個領域的技術變革與產品升級。目前，我國正處在從加工大國向制造大國跨越的關鍵時期。關鍵成套加工設備仍然依靠進口，已成為制約我國汽車制造、機械制造、航天航空業、船舶制造業等自主發展的瓶頸。

　　通過多年研究積累，我國在激光全色顯示技術領域已經擁有較完整的自主知識產權鏈，持有100余項專利。中國科學院光電研究院的科研團體系統地研究了激光顯示的關鍵技術問題，自主提出了包括激光光源模組、勻場整形照明系統、消相干技術和系統集成的4大技術解決方案，形成了具有鮮明實用化特色的專利技術，努力構建完整的知識產權體系。“我們擁有的大色域激光顯示核心專利，幾乎覆蓋了大色域激光顯示技術最基礎的部分。”畢勇研究員自豪地告訴記者。這些為激光顯示領域實現產業化奠定了重要的基礎。

　　走向市場

　　通過自主創新和系統優化集成，2006年5月7日，我國成功集成出200英寸激光投影顯示工程樣機，這標志我國在主流的投影式激光顯示技術領域已具備產業發展的技術基礎。

　　2006年7月，中國科學院光電研究院以知識產權和專有技術投資的方式，通過產研結合的模式與社會資本合資成立“北京中視中科光電技術有限公司”（以下簡稱“中視中科”），產研聯合、優勢互補，開展激光顯示光源模組的研發、生產、銷售業務，為電視機、投影機、放映機等終端產品生產廠家提供關鍵核心模組和激光顯示技術整體解決方案。

　　2007年5月，中視中科在北京市永豐產業基地建成我國第一個激光顯示示范基地，可滿足激光顯示技術核心模組研發與生產、激光顯示系統集成、調試的要求，具備開展激光家庭影院和超大屏幕顯示系統的集成條件。

　　2007年11月，國家科學技術部萬鋼部長和副部長曹健林視察該基地。萬鋼部長對激光顯示技術、樣機研制的成果和奧運應用給予了充分肯定，并指出：目前激光顯示的發展更重要的是產業化問題，不僅僅要關注技術研發等前端問題，更要關注市場的應用問題，關注產品的可靠性問題，關注企業的資本運作、銷售推廣、服務等后端問題。#p#分頁標題#e#

　　隨著激光顯示技術工程化工作的不斷推進，中視中科先后研發成功的3000流明（lm）激光前投影產品投入了2008北京奧運工程使用，服務于科技奧運。世界首臺遵循DCI國際數字電影規范的10000流明（lm）激光數字電影放映機，通過了中國計量科學研究院檢測，在全球首次將激光顯示技術應用于數字電影放映系統，實現了從數字院線、信源編碼到激光數字放映系統技術鏈條的有機結合，標志著激光顯示產業化已邁出扎實的第一步。

　　生物醫療激光設備事關人民群眾的健康生活，在我國已形成數十億元的新產業，并保持了極高的增長率。目前激光醫學在臨床應用中主要分為：光動力治療、強激光治療和弱激光治療三類。具有精確選擇作用特點的光動力治療是當前研究最為活躍、發展最為迅速的激光醫療技術，主要在微血管疾病治療方面有重大突破。

　　強激光治療技術是目前臨床應用最廣泛，最成熟、需求最大的激光醫療技術。激光技術是治療前列腺增生的首選方案，美國率先研制出燈泵大功率532納米（nm）激光治療設備。而我國全固態倍頻YAG激光器已具備上述設備的技術參數要求，加上全固態激光所固有的優點，特別是其在可見光波段穩定高功率的連續輸出，正適于發展優于國外現有產品的激光治療設備，將我國在全固態激光上的研究優勢轉化為激光醫療應用和產業優勢。

　　以高功率激光器作為光源，沈陽新松機器人有限公司、武漢楚天激光集團有限公司等廠商實現激光焊接、切割、打孔、精密雕刻、熔覆、合金化、淬火、沖擊硬化等材料處理，主要應用于汽車、鐵路、航空航天、石油、化工、礦山、冶金、船舶等重工業領域。

　　激光微納制造技術使超短波長、超快脈沖全固態激光技術與精密加工機床和數控系統相結合并拓展至微納制造領域，將成為取代電子制造信息業中一些傳統工藝方法的有力競爭者；激光顯示技術是顯示技術的重大發展方向，是大色域全色顯示技術的代表；激光醫療技術事關人民群眾的健康生活，激光光動力治療和激光前列腺治療的高效和便捷，可為我國廣大患者帶來福音。

　　這些應用技術還具有綜合技術集成的特點，可帶動相關關鍵技術領域的跨越式發展，形成新的高新技術產業群，獲得更大的經濟效益。

　　在“十二五”期間，人工晶體和激光器產業將在原有優勢領域繼續集中力量，確保領先地位；同時，在優勢關聯領域加強力量，延伸已有優勢；在應用技術領域加大支持力度，轉化研究優勢。

　　“十二五”期間，863計劃將以國家重大發展戰略為導向，市場需求為牽引，核心技術突破為重點，以激光器件技術開發突破帶動上游的晶體材料和下游的產業化應用技術鏈的整體貫穿、平衡發展，將現有的技術優勢轉化為產品和產業優勢，推動以全固態激光技術為基礎的產業群發展，產生應有的經濟效益和社會效益。