“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(zhuan) 門名詞,在我國曾被翻譯成“萊塞”、“光激射器” 、“光受激輻射放大器”等。1964年,錢學森院士提議取名為(wei) “激光”,既反映了“受激輻射”的科學內(nei) 涵,又表明它是一種很強烈的新光源,貼切、傳(chuan) 神而又簡潔,得到我國科學界的一致認同並沿用至今。
從(cong) 1961年中國第一台激光器宣布研製成功至今,在全國激光科研、教學、生產(chan) 和使用單位共同努力下,我國形成了門類齊全、水平先進、應用廣泛的激光科技領域,並在產(chan) 業(ye) 化上取得可喜進步,為(wei) 我國科學技術、國民經濟和國防建設作出了積極貢獻,在國際上了也爭(zheng) 得了一席之地。
一、我國早期激光技術的發展
1957年,王大珩等在長春建立了我國第一所光學專(zhuan) 業(ye) 研究所——中國科學院(長春)光學精密儀(yi) 器機械研究所(簡稱“光機所”)。在老一輩專(zhuan) 家帶領下,一批青年科技工作者迅速成長,鄧錫銘是其中的突出代表。早在1958年美國物理學家肖洛、湯斯關(guan) 於(yu) 激光原理的著名論文發 表不久,他便積極倡導開展這項新技術研究,在短時間內(nei) 凝聚了富有創新精神的中青年研究隊伍,提出了大量提高光源亮度、單位色性、相幹性的設想和實驗方案。1960年世界第一台激光器問世。1961年夏,在王之江主持下,我國第一台紅寶石激光器研製成功。此後短短幾年內(nei) ,激光技術迅速發展,產(chan) 生了一批先進成果。各種類型的固體(ti) 、氣體(ti) 、半導體(ti) 和化學激光器相繼研製成功。在基礎研究和關(guan) 鍵技術方麵、一係列新概念、新方法和新技術(如腔的Q突變及轉鏡調Q、行波放大、錸係離子的利用、自由電子振蕩輻射等)紛紛提出並獲得實施,其中不少具有獨創性。
同時,作為(wei) 具有高亮度、高方向性、高質量等優(you) 異特性的新光源,激光很快應用於(yu) 各技術領域,顯示出強大的生命力和競爭(zheng) 力。通信方麵,1964年9月用激光演示傳(chuan) 送電視圖像,1964年11月實現3~30公裏的通話。工業(ye) 方麵,1965年5月激光打孔機成功地用於(yu) 拉絲(si) 模打孔生產(chan) ,獲得顯著經濟效益。醫學方麵,1965年6月激光視網膜焊接器進行了動物和臨(lin) 床實驗。國防方麵,1965年12月研製成功激光漫反射測距機(精度為(wei) 10米/10公裏),1966年4月研製出遙控脈衝(chong) 激光多普勒測速儀(yi) 。
我國各類激光器的“第一台”
名 稱 研製成功時間 研 製 人
He-Ne激光器 1963年7月 鄧錫銘等
摻釹玻璃激光器 1963年6月 幹福熹等
GaAs同質結半導體(ti) 激光器 1963年12月 王守武等
脈衝(chong) Ar+激光器 1964年10月 萬(wan) 重怡等
CO2分子激光器 1965年9月 王潤文等
CH3I化學激光器 1966年3月 鄧錫銘等
YAG激光器 1966年7月 屈乾華等
可以說,在起步階段我國的激光技術發展迅速,無論是數量還是質量,都和當時國際水平接近,一項創新性技術能夠如此迅速趕上世界先進行列,在我國近代科技發展史上並不多見。這些成績的取得,尤其是能夠把物理設想、技術方案順利地轉化成實際激光器件,主要得力於(yu) 光機所多年來在技術光學、精密機械和電子技術方麵積累的綜合能力和堅實基礎。一項新技術的開發,沒有足夠的技術支撐是很難形成氣候的。
二、重點項目帶動激光技術的發展
激光科技事業(ye) 從(cong) 一開始就得到了領導和科學管理部門的高度重視。當時中國科學院副院長張勁夫提出建立專(zhuan) 業(ye) 激光研究所的設想,很快得到國家科委、國家計委的批準。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(ye) 基礎,有利於(yu) 發展這一新技術。1964年,我國第一所,也是當時世界上第一所激光技術的專(zhuan) 業(ye) 研究所——中國科學院上海光學精密機械研究所(簡稱“上海光機所”)成立。當年12月在上海召開全國激光會(hui) 議,張勁夫、嚴(yan) 濟慈出席並主持會(hui) 議,140位代表提交了103篇學術報告。
1964年啟動的“6403”高能釹玻璃激光係統、1965年開始研究的高功率激光係統和核聚變研究,以及1966年製定的研製15種軍(jun) 用激光整機等重點項目,由於(yu) 技術上的綜合性和高難度,有力地牽引和帶動了激光技術各方麵在中國的發展。我國的激光科技事業(ye) ,雖然也遭遇了“文革”十年浩劫,但借助於(yu) 重點項目的支撐,仍艱難地生存了下來並取得可貴的進步。
1.“6403”高能釹玻璃激光係統
1964年啟動,最後從(cong) 技術上判定熱效應是根本性技術障礙,於(yu) 1976年下馬。這一項目對發展高能激光技術有曆史貢獻是不可忽視的,它使我國激光技術的水平上了一個(ge) 台階。其成果主要表現在:(1)建成了具有工程規模的大口徑(120毫米)振蕩—放大型激光係統,最大輸出能量達32萬(wan) 焦耳;改善光束質量後達 3萬(wan) 焦耳。(2)實現了係統技術集成,成功地進行了打靶實驗,室內(nei) 10米處擊穿80毫米鋁靶,室外2公裏距離擊穿0.2毫米鋁耙,並係統地研究了強激光輻射的生物效應和材料破壞機理。(3)第一次揭示了強光對激光係統本身的光損傷(shang) 現象和機製。(4)第一次深入和理解激光光束質量的重要性和物理內(nei) 涵,采用了一係列提高光束質量的創新性技術,如萬(wan) 焦耳級非穩腔激光器、片狀激光器、振蕩—掃瞄放大式激光係統、尖劈法光束質量診斷等。(5)激光元器件和支撐技術有了突破性提高,如低吸收高均勻性釹玻璃熔煉工藝、高能脈衝(chong) 氙氣、高強度介質膜、大口徑(1.2米)光學精密加工等。(6)培養(yang) 和造就 了一批技術骨幹隊伍。
2. 高功率激光係統和核聚變研究
1964年王淦昌獨立提出激光聚變倡議,1965年立項開始研究。經幾年努力,建成了輸出功率10(上標10)瓦的納秒級激光裝置,並於(yu) 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年研製成功我國第一台多程片狀放大器,把激光輸出功率提高了10倍,中子產(chan) 額增加了一個(ge) 量級。在國際上向心壓縮原理解密後,積極跟蹤並於(yu) 1976年研製成六束激光係統,對充氣玻殼靶照射,獲得了近百倍的體(ti) 壓縮。這一係列的重大突破,使我國的激光聚變研究進入世界先進行列,也為(wei) 以後長期的持續發展奠定了基礎。
3. 軍(jun) 用激光
1966年12月,國防科委主持召開了軍(jun) 用激光規劃會(hui) ,48個(ge) 單位130餘(yu) 人參加,會(hui) 議製定了包括含15種激光整機、9種支撐配套技術的發展規劃。雖未正式批準生效,但仍起了有益的推動作用。此後的幾年內(nei) ,這一領域湧現了一批重要成果。例如:(1)靶場激光距技術初試成功:采用重複頻率為(wei) 20赫茲(zi) 的YAG 調Q激光器,測距精度優(you) 於(yu) 2米,最遠測量距離達660公裏,加在經緯儀(yi) 上,可實現對飛行目標的單站定軌。這一成果為(wei) 以後完成洲際導彈再入段軌跡測量創造了必要條件。(2)紅寶石激光人造衛星測距:成功地對美國實驗衛星Expl-27號、29號和36號進行了測量、最遠可測距離為(wei) 2300公裏,精度2米左右。這是第一代人造衛星的測距成果,為(wei) 以後更遠距離、更高精度的人造衛星測距打下了基礎。(3)紅寶石激光雷達和機載紅外激光雷達,首次實現了地—空和空—空對飛機的跟蹤測距。(4)激光航測儀(yi) :將激光測距機和航空照相機組合,由飛機機載對地航測,完成對邊遠地區等複要地形的測繪。重複率6次/分,測距精度1米。(5)地炮激光測距機:可獨立完成觀察、測距、測角(方向和高低角)及磁針定向等功能。測距範圍300-10000米,精度5米。
在激光應用方麵,Nd:YAG激光通信(3-12路)、He-Ne激光通信、單路/三路半導體(ti) 激光通信在通信試驗中已獲得成功;Nd:YAG激光手術刀、 CO2激光手術刀、激光虹膜切除儀(yi) 等醫療設備也已投入使用;激光全息攝影、激光全息在平麵光彈中的應用,脈衝(chong) 激光動態全息照相和拉曼分光光度計已成為(wei) 計量科學的新手段;數控激光切割機、激光準直儀(yi) 、激光分離同位素硫、用於(yu) 農(nong) 業(ye) 研究的液體(ti) 激光器、大屏幕導航顯示器等成果也在工農(nong) 業(ye) 中獲得了應用。
1978年3月召開的全國科學大會(hui) 上,獲得獎勵的激光項目有近80項,其中民品約70項,軍(jun) 品約10項,綜合地反映了我國激光技術發展在這一時期的成績。
三、改革開放後取得前所未有的進步
改革開放以來,激光技術獲得了空前發展的機遇。20多年來,麵向應用,麵向世界,麵向未來,激光科技事業(ye) 取得了前所未有的進步,湧現出一批國際先進水平的成果,為(wei) 邁向21世紀 打下了堅實的基礎。
1980年5月,分別在上海、北京舉(ju) 行了第一次國際激光會(hui) 議,與(yu) 會(hui) 代表218人(國外66人),宣讀113篇報告(國外65篇),鄧小平同誌親(qin) 切接見了與(yu) 會(hui) 中外代表。1983年在廣州和1986年在廈門又舉(ju) 行了第二次、第三次國際會(hui) 議,改變了我國的激光技術多年來封閉運轉的局麵,開始走向世界。一大批年輕科技人才出國進修,其中相當一部分優(you) 秀人才學成歸國。
為(wei) 了形成高水平的研究開發中心,對科研隊伍和布局進行了積極調整,先後成立了一批國家重點實驗室、開放實驗室、國家工程研究中心和產(chan) 學研組織。由於(yu) 擁有國際先進的儀(yi) 器設備和設施,聚集了高水平的科技人才,又有較為(wei) 靈活的運行機製,目前正在為(wei) 激光科技成果轉化、創造自主知識產(chan) 權和促進激光技術產(chan) 業(ye) 化發揮重要作用。
在多項國家級戰略性科技計劃中,激光技術受到重視。“863”計劃七大領域中有激光技術和光電子技術(包括用於(yu) 信息領域的激光技術),1995年又增列了 “慣性約束聚變”主題。國防預研光電子技術作為(wei) 跨部門項目正式立項,其中也包括激光技術。國家“六五”和“七五”攻關(guan) 計劃,激光技術被列為(wei) 重大項目。此外,國家自然科學基金1986-1998年間年平均資助27.6個(ge) 激光領域項目。這些由國家支持的計劃都經過了充分論證和嚴(yan) 格挑選,對國民經濟和國防建設具有重要意義(yi) 。許多激光科研單位也主動進行組織體(ti) 製和運行機製的改革,麵向市場、鼓勵創新、大力促進科技成果向商品轉化,取得了可喜成績。
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