中國航空報訊：激光全稱“受激輻射光放大”（LASER，LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation），是愛因斯坦於(yu) 1917年提出的理論。40多年後，美國科學家梅曼於(yu) 1960年成功研製了世界上第一台激光器，激光技術從(cong) 此開始飛速發展。此後數十年間，阿瑟·倫(lun) 納德、朱棣文、中村修二、阿斯金等十多位從(cong) 事激光技術研發的科學家對全球科技進步做出重要貢獻，並先後獲得諾貝爾物理學獎。

在距今超過半個(ge) 世紀的發展過程中，激光技術的身影遍及工業(ye) 製造、測量傳(chuan) 感、國防軍(jun) 事、顯示照明以及醫療與(yu) 生物學等領域。激光科學技術以其強大的生命力譜寫(xie) 了一部典型的多學科交叉創造發明史，深刻地影響了當代科技和社會(hui) 的發展及變革，推動了人類文明的進步。

2018年10月，中村修二參加中航國畫固態激光應用趨勢報告會(hui)

激光產(chan) 業(ye) 概覽

隨著科技的發展、時代的進步，激光作為(wei) 高科技產(chan) 品快速步入人們(men) 的生活當中。基於(yu) 方向性好、亮度高等優(you) 勢，激光已獲得廣泛應用，主要包括激光工業(ye) 加工、儀(yi) 器與(yu) 傳(chuan) 感器、激光通信、激光生物醫療、激光投影顯示、激光照明、軍(jun) 事等領域。

激光應用助推傳(chuan) 統行業(ye) 發展

在工業(ye) 加工和材料處理領域，激光已是最常用的工具，技術非常成熟，市場占有率最高。在歐美等發達工業(ye) 國家，目前有50%—70%的汽車零部件是用激光加工（車身板材激光拚焊、白車身頂蓋焊接、覆蓋件激光三維切割、零部件激光打標）來完成的；而激光清洗技術作為(wei) 材料處理領域的新技術，與(yu) 傳(chuan) 統機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、高頻超聲清洗等清洗方法相比，具有更安全、高效率、不產(chan) 生汙染等優(you) 點，目前已應用於(yu) 模具、武器裝備、電子工業(ye) 等工業(ye) 領域。

在製造領域，作為(wei) 快速成型技術，3D打印技術被看作第三次工業(ye) 革命的動力，已經在航空、航天、軍(jun) 工、醫療等高附加值產(chan) 業(ye) 中具備了經濟效益。金屬3D打印作為(wei) 金屬製造業(ye) 的關(guan) 鍵技術，目前主要采用激光光源，因此激光技術和3D打印技術開始更加緊密融合。隨著科技發展和交叉學科應用，激光金屬3D打印技術具有巨大潛力，甚至變革主流製造業(ye) 。

在儀(yi) 器與(yu) 傳(chuan) 感器領域，激光技術成熟度和市場占有率較高。激光傳(chuan) 感主要包括激光測距、測速、測振等。根據不同測量原理和光學元件，構成測量核心器件，組成測量係統。近些年隨著人工智能的發展，智能駕駛係統逐漸興(xing) 起，作為(wei) 智能汽車的“眼睛”——以激光測量傳(chuan) 感器為(wei) 技術核心的激光雷達正成為(wei) 國內(nei) 外激光應用領域的新熱點。

在通信領域，隨著元器件、係統構建及大氣信道傳(chuan) 輸技術的成熟和發展，激光通信的應用已非常廣泛，技術成熟度較高。激光通信具有數據傳(chuan) 輸量大、圖像分辨率高、不易受幹擾等優(you) 勢，如近兩(liang) 年我國自主研發的量子通信衛星“墨子號”。

在生物醫療領域，激光技術發展勢頭良好，技術成熟度高。激光以其具有的特殊生物效應，不僅(jin) 可用多種方法治療各種疾病，包括手術和非手術治療，還可以用於(yu) 診斷及基礎醫學研究。例如，生物激光打印（BioLP）能夠將含生物材料的極微量溶液精確打印在不同的位置而不致生物活性受損，是一種新型的生物打印技術，為(wei) 未來器官組織打印奠定基礎。

在軍(jun) 事領域，隨著高能激光技術瓶頸的不斷突破，其在激光武器領域得到長足發展，如高能激光束使光電探測器失效，以及飛機、導彈、衛星等軍(jun) 事目標的硬摧毀。同時，激光製導武器以其精度高、結構簡單、不易受電磁幹擾等優(you) 點，在精確製導武器中占有重要地位。

投影顯示技術發展：傳(chuan) 統投影機需預熱冷卻，激光投影機即開機關(guan)

激光技術催生新行業(ye) 應用

隨著激光技術的不斷成熟，在傳(chuan) 統工業(ye) 領域已得到了較為(wei) 深入的應用，技術成熟度較高，與(yu) 激光相關(guan) 的產(chan) 品和服務已經遍布全球，形成了豐(feng) 富龐大的激光產(chan) 業(ye) 。

隨著激光技術在新應用領域中的關(guan) 鍵技術不斷突破，其應用範圍不斷擴展：一是在投影顯示領域，激光投影顯示能超越傳(chuan) 統顯示的所有技術指標，如大屏幕、高分辨率、數字化、高亮度、色域廣等，專(zhuan) 業(ye) 級高端顯示產(chan) 品需求推動激光顯示進入快速發展階段；二是在照明領域，自高亮度藍色激光二極管技術取得突破以來，激光照明技術得到了長足發展，在亮度、光效等關(guan) 鍵性能上相比LED優(you) 勢明顯，將引起傳(chuan) 統照明產(chan) 業(ye) 的結構調整；三是在通信領域，基於(yu) LED的LiFi（LightFidelity）數據傳(chuan) 輸速率大幅突破了WiFi的傳(chuan) 輸速率上限，而基於(yu) LD的LiFi數據傳(chuan) 輸速率比LED快10倍，此項技術非常值得期待；四是在測量領域，激光雷達以其測量精度高、可三維立體(ti) 成像等優(you) 點而獲得應用，如美國Velodyne公司最新的64線激光雷達已應用於(yu) 穀歌、百度等公司的無人駕駛汽車中；五是在生命科學領域，光鑷技術給生命科學提供了一個(ge) 廣泛使用的革命性工具，光鑷作為(wei) 微小粒子的操控手段，在生命大分子特性、細胞生物學和遺傳(chuan) 學等生命科學以及介觀物理學研究中獲得應用，帶來生命科學的革命。

激光技術帶來的產(chan) 業(ye) 變革顯示產(chan) 業(ye)

“無激光不投影”，由於(yu) 激光光源具有亮度高、色彩好、能耗低、壽命長且體(ti) 積小的優(you) 勢，激光投影顯示技術（LDT）不僅(jin) 實現了傳(chuan) 統顯示達到的所有先進技術指標，如大屏幕、高分辨率、數字化等，並因為(wei) 具有波長可選擇性大和光譜亮度高等特點，其色域空間最高可以覆蓋人眼所能識別色彩空間的90%以上，可以真正實現超高清、全色和真三維，成為(wei) 繼黑白顯示、標準彩色顯示和數字顯示後的第四代顯示技術。2013年激光投影顯示技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 化論壇上，在中國工程院院士許祖彥看來，激光顯示是顯示領域的“最高境界”。

隨著顯示技術和半導體(ti) 激光器技術的不斷發展和產(chan) 業(ye) 化，目前激光投影顯示主要有三種實現方式：

B+GR熒光粉激光方案（單色方案）：采用單色激光(即藍色激光)結合紅綠熒光粉的旋轉色輪技術產(chan) 生紅綠藍三基色。該顯示技術利用多色熒光粉色輪的旋轉有效解決(jue) 了熒光粉的熱淬滅和散熱問題，使熒光粉能夠在高強度激發光的照射下穩定工作。同時，利用多色熒光粉色輪的旋轉實現在不同時間產(chan) 生不同顏色的光輸出，最終實現白光的輸出。但由於(yu) 藍色激光激發紅色熒光粉存在轉換效率低（約20%）、轉換中心波長偏短（約620nm，正常638nm）等問題，導致紅色飽和度不夠，投影輸出圖像顏色不純正的問題。

RB+G熒光粉激光方案（雙色方案）：采用技術成熟的雙色半導體(ti) 激光（藍色激光+紅色激光）結合綠色熒光粉色輪技術產(chan) 生紅綠藍三基色。該顯示技術利用綠色熒光粉色輪的旋轉實現在不同時間產(chan) 生綠光輸出，最終實現白光輸出。激光熒光粉光源技術攻克了激光顯示在效率和可靠性方麵最根本的技術難關(guan) 。該光源顯示終端具備顏色更純正、長壽命、高安全可靠性、無需消散斑等優(you) 點。

RGB激光方案（三色方案）：RGB三基色激光被業(ye) 界視為(wei) 最純正的激光光源，其具有色彩豐(feng) 富、色飽和度高等優(you) 點，成為(wei) 顯示技術領域的發展方向。但是，綠色（532nm）激光半導體(ti) 利用紅外半導體(ti) 激光器通過PPLN晶體(ti) 和其他晶體(ti) 材料倍頻轉換產(chan) 生，轉換存在發熱功率大、光電轉換效率低、波長穩定性差、體(ti) 積大等諸多問題，特別是激光散斑效應對顯示效果及研發製造成本帶來較大的負麵影響。

目前，中國在發展激光顯示領域已具備良好產(chan) 業(ye) 化基礎，中國科學院院士侯洵表示，激光投影顯示有兩(liang) 個(ge) 市場化的方向值得關(guan) 注：一是可移動，激光顯示的發展方向應瞄準可移動的家庭影院和微型投影，正如筆記本電腦取代桌麵電腦一樣，可移動是一個(ge) 潛在的大市場，而液晶顯示和OLED顯示都是固定的；二是向超大屏幕發展，目前來看，液晶電視朝著超大屏幕發展有限。對於(yu) 激光顯示產(chan) 業(ye) 而言，中國工程院許祖彥院士曾表示：“激光顯示將在超大屏幕/大屏幕、家庭影院/電視、微型投影/手機投影、計算機屏幕/遊戲機等四個(ge) 市場形成千億(yi) 美元的規模”。

目前，我國在激光顯示技術方麵與(yu) 發達國家處於(yu) 同一水平，色域等個(ge) 別指標甚至優(you) 於(yu) 發達國家，投影式激光顯示的配套關(guan) 鍵件等核心技術均已攻克。2016年國務院下發的《“十三五”規劃》中，將激光顯示列為(wei) 新一代信息技術新型顯示項目的首位，一係列國家政策的大力扶持，加速了我國激光顯示的產(chan) 業(ye) 化進程。

照明產(chan) 業(ye)

照明技術曆經白熾燈、熒光燈和LED時代後，隨著激光技術的發展和激光二極管（Laserdiode，簡稱LD）的應用擴展，正迎來以激光光源為(wei) 代表的第四代光源技術。2018年10月12日，諾貝爾物理學獎獲得者、藍光LED與(yu) 藍色激光二極管發明人中村修二應中航國畫邀請，深入交流激光產(chan) 業(ye) 技術，並做了題為(wei) 《藍色激光二極管的發明及未來激光照明》的報告。中村修二表示，藍色激光二極管正在改進，預計在不久的將來，藍色激光二極管的價(jia) 格將與(yu) LED相同，10年後，激光照明很可能會(hui) 替代現在的LED照明。

激光照明按原理分為(wei) 兩(liang) 種：藍光激發熒光粉實現白光照明；紅綠藍激光合成白光。利用藍色激光激發黃色熒光體(ti) 合成白光的激光照明方式，產(chan) 生的照明白光顯色指數高（Ra＞75），結構簡單，成本較低，適合批量生產(chan) ，成為(wei) 目前室外激光照明的主流技術。

激光照明具有以下優(you) 勢：一是亮度高、照射距離遠。激光照明產(chan) 品中的熒光陶瓷相比LED芯片的熒光粉層，其基質結構的穩定性、熒光粒子濃度、材料耐熱性等有明顯優(you) 勢。目前激光照明白光光源亮度已經達到1Gcd/m2，約為(wei) 目前LED最高亮度值的34倍。寶馬汽車激光車燈照射距離能達600米，而LED車燈僅(jin) 為(wei) 300米。二是電光轉換效率高。產(chan) 品化的半導體(ti) 激光器的電光轉換效率達到45%—55%，而瓦級藍光LED電光轉換效率約26%，節能效果更顯著。三是後續發展潛力大。隨著激光二極管光效、單管功率及熒光體(ti) 轉換效率的提升，激光照明的光效還有較大提高空間。相比之下，LED照明已經比較成熟，光效難有更大提高。

2009年日本的日亞(ya) 公司發布了輸出光功率1.17W（@1A）的445nm藍光激光二極管，是激光二極管發展曆史上的裏程碑事件。緊隨其後，歐司朗也推出了商用的輸出光功率1.6W的445nm藍光激光二極管。隨著激光照明核心元件——大功率藍光激光二極管技術發展日趨成熟，激光照明產(chan) 業(ye) 的發展也開始步入快車道。在突破大功率藍光激光二極管技術後，歐司朗通過與(yu) 專(zhuan) 業(ye) 汽車照明供應商ZKW等合作，迅速將其應用於(yu) 汽車行業(ye) ，研發了第一代激光大燈，並首次應用於(yu) 寶馬發布的i8及7係轎車。

奧迪在2014年夏季奧迪高端R8LMX版量產(chan) 車型中正式推出遠光燈激光焦點照明技術，其搭載的激光照明技術同樣由歐司朗提供。在未來，奧迪還將在其他車型中升級這一技術，即每個(ge) 大燈配備一個(ge) 激光模組，可生成一個(ge) 能覆蓋幾百米範圍的光錐。2015年奧迪公司公布了由德國聯邦教育研究部讚助的“高清矩陣式激光大燈”（iLaS）項目的最新成果。在該項目中，奧迪公司與(yu) 博世公司（Bosch）、歐司朗公司（Osram）和卡爾斯魯厄理工學院（KIT）照明技術研究所展開跨領域合作，研發出了照明距離更遠、更智能、更安全的矩陣式激光大燈技術，為(wei) 未來汽車照明科技的發展指明了方向。

Soraa公司同諾貝爾獎得主中村修二聯合創立的SoraaLaser公司計劃將激光二極管、熒光體(ti) 、光阱封裝在同一熱沉構成白光模塊，模塊利用LARP（Laseractivatedremotephosphor，激光遠程激發熒光粉）技術，采用藍光LD激發熒光體(ti) 直接發出高質量的窄光束白光，以降低下遊應用廠商開發激光照明燈具的技術難度，將對擴展激光照明應用領域起到推動作用。其半極性氮化镓與(yu) 高性能熒光材料結合技術入圍2017年棱鏡光子學獎（PrismAward）、藍寶石獎（SapphireAward）。

目前，激光照明已發展到產(chan) 業(ye) 化前期階段，關(guan) 鍵技術已經得到初步解決(jue) ，作為(wei) 激光照明發展相對成熟的歐美及日本、韓國均具備完整的產(chan) 業(ye) 鏈環境；而國內(nei) 激光照明尚處於(yu) 起步階段。國外企業(ye) 在高流明照明產(chan) 品領域的加速發展將推動照明產(chan) 業(ye) 的整體(ti) 變革，迫使國內(nei) 激光照明產(chan) 業(ye) 的加速推進。未來幾年是激光照明產(chan) 業(ye) 發展的關(guan) 鍵時期，在這一背景下我國出台了多項政策推動激光照明產(chan) 業(ye) 的發展，依托良好的產(chan) 業(ye) 環境與(yu) 政策支持，國內(nei) 激光照明產(chan) 業(ye) 在未來幾年將迎來加速發展的機遇期。

通信產(chan) 業(ye)

作為(wei) 新一代無線通信技術，無線光通信技術LiFi基於(yu) 光的照明功能和數據通信功能，在不影響光照明的同時，將信號調製在光源上進行數據傳(chuan) 送。與(yu) 光纖通信擁有同樣的優(you) 點，高帶寬、高速率，照明光到達的地方，就有LiFi的信號。WiFi靠的是無線電波，而LiFi則是靠的光脈衝(chong) 。

LiFi不是要替代WiFi，而是一種補充。無論我們(men) 使用智能手機、平板電腦還是筆記本電腦，兩(liang) 者將同時存在，這需要一個(ge) 特殊的接收器和發送器來發送和接收LiFi信號，也需要一個(ge) 特殊的編碼器/解碼芯片將光信號轉換成數據。LiFi技術利用已鋪設好的設備和無處不在燈泡，在燈泡上植入一個(ge) 微小的芯片，使終端隨時能接入設備，不僅(jin) 傳(chuan) 輸速率快，無電磁幹擾，而且由於(yu) 光不能穿越牆壁，通信將更安全。pureLiFi公司聯合創始人/首席科學官HardalHass教授表示：“今天的LiFi就像是15年前的WiFi，而在5到10年的時間裏，LiFi將像WiFi一樣無處不在”。

基於(yu) LED的LiFi可達到10Gb/s的數據傳(chuan) 輸速率，改善了WiFi中7Gb/s的數據傳(chuan) 輸速率上限，如中村修二所說，可能會(hui) 成為(wei) LED發展的又一撒手鐧；而Hass教授利用激光器的高能量與(yu) 高光效，基於(yu) 激光的LiFi可實現傳(chuan) 輸數據速率超過100Gb/s，比LED快10倍。這項研究發表在光學快訊（OpticsExoress），研究中激光照明不使用熒光粉，而是混合不同波長的激光產(chan) 生白光，這意味著每個(ge) 波長的光可以用作一個(ge) 單獨的數據通道，同樣的光波可以雙向傳(chuan) 輸，大大提高光傳(chuan) 輸數據的速率並且很容易超出100Gb/s。目前這種設備還非常昂貴，需要尋求大規模生產(chan) 以降低成本，並且可以把它應用到照明市場。隨著激光照明研究不斷推進，未來是否激光照明會(hui) 在LiFi技術中取代LED，也非常值得期待。

雷達產(chan) 業(ye)

激光雷達Lidar（LightDetectionAndRanging）是傳(chuan) 統雷達技術與(yu) 現代激光技術相結合的產(chan) 物，是一種主動式的現代光學遙感技術。激光雷達是以激光束作為(wei) 信息載體(ti) ，可以用振幅、相位、頻率和偏振來搭載信息的雷達。由於(yu) 激光的高亮度、高方向性、高單色性和高相幹性，激光雷達具有角分辨率高、距離分辨率高、速度分辨率高、測速範圍廣、抗幹擾能力強等獨特的優(you) 點。它不但能夠精確測距，而且能夠精確測速、精確跟蹤。繼微波雷達之後，激光雷達把輻射源的頻率提高到光頻段，比毫米波高出兩(liang) 到四個(ge) 數量級，這使之能夠探測微小自然目標，包括大氣中的氣溶膠。

隨著超短脈衝(chong) 激光技術、高靈敏度的信號探測和高速數據采集係統的發展和應用，激光雷達以它的高測量精度、精細的時間和空間分辨率以及大的探測跨度而成為(wei) 一種重要的主動遙感工具。激光雷達能全天時對地觀測，受地麵背景、天空背景幹擾小，並具有高分辨率和高靈敏度，激光雷達可以廣泛應用在環境監測、海洋探測、森林調查、地形測繪、深空探測、軍(jun) 事應用等方麵。

按技術路線，激光雷達主要可分為(wei) 三大類：機械旋轉式、混合固態和純固態。較為(wei) 著名的機械旋轉式激光雷達如Velodyne的HDL64和HDL32等，因量產(chan) 難度大，機械旋轉式激光雷達被成本更低的混合固態激光雷達和固態激光雷達取代已經是大勢所趨。混合固態激光雷達：即“一半是機械旋轉，一半是固態”，與(yu) 傳(chuan) 統的機械旋轉式和“激進”的純固態相比，走折中路線的混合固態激光雷達的量產(chan) 難度最低，在未來幾年，能批量生產(chan) 的激光雷達，大多都屬於(yu) 混合固態。固態激光雷達：即“所有的激光探測水平和垂直視角都是通過電子方式實現，內(nei) 部不存在任何的機械旋轉部件”。雖然因掃描角度有限，需要在不同方向布置多個(ge) 以實現全方位掃描，但由於(yu) 裝配調試可以實現自動化，量產(chan) 成本與(yu) 量產(chan) 時間可期待，因此，引起了業(ye) 界的濃厚興(xing) 趣，固態雷達被認為(wei) 是激光雷達在未來的主要方向。

除從(cong) 機械式到混合固態，再到純固態的趨勢外，激光雷達同時呈現出“體(ti) 積越來越小、配合提供算法、做到專(zhuan) 用集成電路（ASIC）等級”的發展趨勢。與(yu) 微機電係統（MEMS）不同，MEMS中被集成到芯片上的是“機械旋轉部件”，它隻是固態激光雷達的一種方案，而AISC是將電子元器件集成到芯片上，可以被應用於(yu) 機械旋轉式、混合固態和純固態中。基於(yu) 此項技術的發展，國內(nei) 外激光雷達廠商逐漸朝“芯片廠”轉變，同時為(wei) 針對市場需求（尤其是無人駕駛）進行技術方案定製，激光雷達廠商也逐步與(yu) 車企或一級供應商高度捆綁。可以預見，未來5年激光雷達市場將穩步增長，市場增長的主要驅動力來自於(yu) 無人機、自動駕駛的汽車、機器人、軍(jun) 事及安全領域。

展望

2018年剛剛過去的諾貝爾物理學獎，因在激光領域“光鑷及其在生物係統的應用”、“生成高強度超短光脈衝(chong) 的方法”的創造性貢獻，分別頒給了阿瑟·阿什金、傑拉德·莫雷和唐娜·斯特裏克蘭(lan) 等三位科學家。激光技術作為(wei) 工業(ye) 製造領域的一股核心驅動力量，正在加速改變產(chan) 業(ye) 格局、深刻影響產(chan) 業(ye) 重構。激光技術不僅(jin) 在已經廣泛應用的產(chan) 業(ye) 領域更加深入應用，如加工、測量、醫療等產(chan) 業(ye) 領域，而且在新的領域也帶來重大變革，如激光顯示、照明、通信、雷達等產(chan) 業(ye) 領域。這些新產(chan) 業(ye) 領域的核心技術突破和市場應用拓展，將加速航空產(chan) 業(ye) 的產(chan) 品升級換代。

隨著科技的發展，激光技術必將更加廣泛並深入地應用於(yu) 社會(hui) 的各個(ge) 方麵，航空工業(ye) 需要高度重視激光產(chan) 業(ye) 布局，積極打造自主可控的核心研製能力和產(chan) 業(ye) 生態布局，為(wei) 建設航空工業(ye) 強國奠定更堅實的基礎。