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杜祥琬院士:激光技術如何為科技強國再做貢獻

星之球科技 來源:科技創新資訊平台2021-05-06 我要評論(0 )   

習(xi) 近平總書(shu) 記在全國科技創新大會(hui) 、中國科學院第十八次院士大會(hui) 和中國工程院第十三次院士大會(hui) 、中國科學技術協會(hui) 第九次全國代表大會(hui) 提出,我國要成為(wei) 世界科技強國。這個(ge) ...

習(xi) 近平總書(shu) 記在全國科技創新大會(hui) 、中國科學院第十八次院士大會(hui) 和中國工程院第十三次院士大會(hui) 、中國科學技術協會(hui) 第九次全國代表大會(hui) 提出,我國要成為(wei) 世界科技強國。這個(ge) 宏偉(wei) 目標是中國人民的百年夙願,也是先賢先烈們(men) 的血染宏圖,這一目標的實現將是中華民族永垂青史的百年偉(wei) 業(ye) 。

  

  杜祥琬院士

  曆史的發展正在從(cong) 速度型、數量型向質量型、效益型轉型。為(wei) 此,必須培育新的發展動能,擺脫對粗放發展路徑的依賴。這個(ge) 新動能的核心就是創新驅動,這對科技工作者提出了更高的要求, 也是科技界應有的使命擔當。

  2020 年是激光發明60 周年,這是20 世紀最重大的科學技術成就之一。激光技術已經發揮了一係列顛覆性的作用,激光技術也是典型的軍(jun) 民兩(liang) 用技術。

  今天,激光技術繼續推動著前沿基礎學科的發展,並且為(wei) 人類提供新的工具、新的裝備,孕育新的產(chan) 業(ye) ,已成為(wei) 國家創新能力和核心競爭(zheng) 力的關(guan) 鍵之一。

  激光製造為(wei) 科技強國起到不可替代作用

  基礎科學是科技強國之根,激光的發明正是物理學基礎研究的新突破、新發展。激光技術出現後又提供了嶄新的手段,促進了基礎科學的發展。

  20 世紀初,年輕的愛因斯坦先後提出了光量子概念和受激輻射的概念。1954 年,第一台微波激射器研製成功;1958 年美國科學家湯斯和肖洛、蘇聯科學家普羅霍洛夫和巴索夫,分別獨立提出了激光的概念和理論設計。

  1960 年美國休斯飛機公司實驗室的梅曼率先研製了全球第一台激光器,也是世界上第一台的紅寶石激光器,這成為(wei) 人們(men) 掌握受激輻射、激光的標誌。從(cong) 此,激光從(cong) 物理學基礎性、探索性的研究大踏步地走向了更多新科學的探索、大批新技術的開發和工程的應用。

  激光能達到很高的功率,擁有很廣的光譜範圍、很寬的時域特性。這些極致性能,首先豐(feng) 富了激光家族的內(nei) 涵。激光器家族一開始發展的就是紅寶石,後來向極短和極長兩(liang) 個(ge) 不同的波長方向,以及單頻和寬譜兩(liang) 個(ge) 方向發展;在時域方麵, 超短、超快激光發展很迅速;在能量域上,激光光源向高亮度、大功率,甚至高能量輸出等幾個(ge) 方向發展。

  各種類型激光器如雨後春筍般發展起來。激光能夠創造極致的實驗室環境條件,推動著物質科學的遷延性和基礎性研究。X 射線波段的自由電子激光,名為(wei) XFEL。作為(wei) 新一代的探針光, XFEL 能夠深入物質的內(nei) 部,實時觀測甚至操控分子、原子、電子甚至原子核的狀態。

  高亮度激光是研究原子冷卻、凝聚態物理的得力工具,而超強超短激光的研究受到了人們(men) 的重視,它可以創造宇宙極端的條件和現象。比如恒星內(nei) 部和黑洞邊緣才有這種超功率密度、超強的電磁強度等物理特性,這樣使得我們(men) 很難達到的超新星爆發、黑洞等一些宇宙大事件的研究, 有可能在實驗室進行,為(wei) 人類未來提供某些新的知識。

  激光對於(yu) 化學科學、生命科學、地球科學、天體(ti) 物理的基礎性研究,也是得力的工具。比如激光核聚變的激光分離同位素研究已經在進行, 這是激光技術獨特的應用。這些隻是點到為(wei) 止, 激光的應用實在是比較多的。50 多年來,與(yu) 激光有關(guan) 的諾貝爾獎共計十四項。

  在激光發明之初,我個(ge) 人認為(wei) 有兩(liang) 項很值得稱道的、由中國科學家作出的貢獻。1960 年美國梅曼研製了第一台激光器,1961 年中科院長春光激所也創製了自己的第一台激光器——我用創製這個(ge) 詞是因為(wei) 中國第一台激光器並不是梅曼的那種,我們(men) 並不是重複而是創製了第一台激光器。

  第二件就是我國家著名物理學家王淦昌先生,在1964 年提出了利用激光引發核聚變的思想, 這一想法提出來的時間相當早。

  科技強國的標誌之一是製造強國。製造業(ye) 一定要具有先進性,而激光製造作為(wei) 新型、綠色、低碳的製造技術,將為(wei) 製造強國起到不可替代的作用。

  激光製造為(wei) 什麽(me) 能起到這樣的作用?因為(wei) 它具備高能量密度聚焦、容易操作、高柔性,高效率、高質量和廣泛適用性等突出特點,所以被稱為(wei) 萬(wan) 能的加工工具。激光已成為(wei) 製造業(ye) 轉型升級的戰略性支撐技術,製造的產(chan) 值規模已經占到激光應用產(chan) 業(ye) 的30% 以上,顯著提升了製造業(ye) 的技術水平,並且推動了工業(ye) 智能化的進程。比如我們(men) 都離不開的手機,其中90% 的零部件都由激光加工再完成。

  激光製造與(yu) 再製造領域主要包括激光去除與(yu) 連接、激光表麵工程、激光增材製造、激光修複和再製造等。激光製造產(chan) 業(ye) 發展的顯著特點就是專(zhuan) 業(ye) 化分工越來越細,形成了一個(ge) 完善的產(chan) 業(ye) 鏈, 和其他的製造技術相結合開拓更多的應用。

  

  科學技術要為(wei) 百姓造福

  激光技術已不僅(jin) 僅(jin) 是實驗室的“高、大、上”, 它已經進入民生領域,成為(wei) 老百姓健康造福的重要手段。

  比如激光技術已經成為(wei) 醫療領域新的一種技術手段,包括激光診斷和激光治療兩(liang) 大方麵,新方法則是激光醫學。激光醫學深化了基礎醫學的研究, 也涉及各種性能的激光與(yu) 人體(ti) 相互作用的機理、效應、動態圖像監測,以及成像及光學參量的精準調控、微納激光的生物相容性、可降解性等。

  激光診斷是目前臨(lin) 床醫學診斷技術的重要組成部分,憑借激光的非侵入性、高分辨率和豐(feng) 富的對比機製,激光診斷已經成為(wei) 滿足臨(lin) 床診治發展的重要趨勢。比如激光治療近視眼、激光美容、強激光治療、弱激光治療、光動力治療等,治療範圍幾乎涵蓋了全部臨(lin) 床科室的320 多種疾病, 而且正以它的精準性、微創性、無創性為(wei) 突破方向, 引領醫學治療模式的進步。

  激光監測技術能顯著提高醫學監測技術的精準性和效率,也推動著醫學監測設備往精準化、智能化方向發展。基於(yu) 上述幾個(ge) 方麵的技術,激光醫療正發展為(wei) 一個(ge) 大的產(chan) 業(ye) ,隨著人民生活品質的提高,產(chan) 業(ye) 規模還會(hui) 不斷擴大。

  激光技術還能應用於(yu) 測距、成像、指向、製導、通訊及對抗等,在改善裝備性能的同時,也在一定意義(yi) 上改變著戰爭(zheng) 的麵貌。古代人就幻想過“死光”,而隨著激光的出現,它正逐步走向現實。特別是高能激光正在進入裝備研發領域,它在軍(jun) 民融合的天然本性可以用於(yu) 公安、救災,比如激光滅蝗蟲、激光除冰等領域。

  激光軍(jun) 民融合的研究有力帶動著許多光學分支學科的發展,比如量子光學、強光光學、非球麵光學、大氣光學、自適應光學、光學材料、瞬態光學、納導星技術等,各種應用催生了多種激光產(chan) 業(ye) ,帶來了巨大的經濟和社會(hui) 效益,2018 年我國激光產(chan) 值超過2500 億(yi) 元。

  由以上幾個(ge) 方麵可以看出來,激光技術的發展具有全局性和戰略性,是科技強國不可或缺的核心關(guan) 鍵技術領域和戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 。

  激光技術需要“補短板”

  當前我國激光技術的總體(ti) 水平在不斷提高, 中低端的激光製造是我國的強項,但是高端的研發跟隨型產(chan) 品還比較多。現在正在加緊努力研發, 部分技術已經達到國際先進甚至領先的水平。

  但是,為(wei) 了更好地建設科技強國,我國的激光科技還需要“補短板”。

  首先,基礎研究還比較弱,原始創新比較少。比如激光器的新類型多半都是跟著國外出來的技術在做,新概念、新材料、新體(ti) 製等都是由國外提出的比較多,這是創新能力比較差的表現。

  第二是關(guan) 鍵共性技術研發,創新體(ti) 係尚未建立,成果共享和推廣應用機製也有待完善。激光器件在儀(yi) 器方麵的研製能力差距比較明顯,國產(chan) 器件的性能也有差距。

  產(chan) 學研協同創新不夠,研究成果對產(chan) 業(ye) 的轉化和支撐不夠。激光製造標準體(ti) 係不健全, 激光醫療產(chan) 業(ye) 集中度不高,而且主要集中在中低端產(chan) 品上。產(chan) 業(ye) 發展政策有待改進,比如醫療器械的注冊(ce) 和認證法規導致前期的研發、檢測認證、臨(lin) 床及審批成本很高。

  激光技術的研發是“硬碰硬”,達到一定的指標才能實現一定的應用。這個(ge) 是假不了的,出不來就是出不來。正是這樣的硬科研才經得起時間的檢驗,幾十年來激光領域的實踐鍛煉成長了幾代人才,我特別高興(xing) 的是現在的年輕人才在不斷成長。

  高水平的科研必然要克服重重困難,需要一種為(wei) 實現科技強國偉(wei) 大目標堅持奮鬥的精神動力。精神支柱是發展的靈魂,精神力量是推動事業(ye) 發展的強大動力。

  

  精神建設是科技強國的文化保障

  現在很多地方在鼓勵“名利”,我認為(wei) “名利”應該是科技成果價(jia) 值的體(ti) 現,是正常管理製度產(chan) 生的結果,而不是研究者自己可靠的內(nei) 生動力。科技史上高水平的創新常常都是非功利追求的結果,我覺得這一點大家可以討論。

  在激光領域,科技工作者不僅(jin) 要有優(you) 秀的科技素質,還要有強烈的事業(ye) 心、責任感和堅韌不拔的奮鬥精神,遠離浮躁、甘於(yu) 寂寞、科學求實、銳意創新是科技工作者的重要品格。

  我要強調一下精神建設,未來技術也好、顛覆性技術也好,都不純粹是個(ge) 技術問題,必須重視精神建設,這是我們(men) 科技隊伍建設的靈魂,也是建設科技強國的文化保障。

  正像習(xi) 近平總書(shu) 記一再強調“兩(liang) 彈一星”精神是非常重要的,我們(men) 工程物理研究院也凝練了“兩(liang) 彈一星”的文化,就是這十個(ge) 字——“鑄國防基石、做民族脊梁”。

  有人問“民族脊梁”指的是什麽(me) 意思,是不是某些人是民族脊梁?是不是某種武器叫民族脊梁?我覺得都不是,所謂“民族脊梁”指的是一種精神。

  從(cong) “兩(liang) 彈一星”到“863 計劃”,科學精神始終一以貫之。關(guan) 於(yu) 科學精神我也概括了三條, 第一是求真,就是科學一定要是真的、科學技術一定要是真的,這是科學技術的核心。因為(wei) 現在確實有些假東(dong) 西,這一條首先是基本的,中國和外國都如此,要搞科學就要求真。

  第二是創新,這是科學精神的特征。從(cong) 事科學技術主要就是要搞創新,中國科學家精神的靈魂就是家國家情懷、使命擔當,這些跟我們(men) 國家上百年的經曆很有關(guan) 係,這也是“兩(liang) 彈一星”精神非常重要的靈魂。

  這種精神文化是一種軟實力,也是一種非常硬的軟實力,是物質不可替代的。在價(jia) 值觀多樣化的今天,完成和弘揚這種精神,用於(yu) 武裝一代又一代的青年工作者是意義(yi) 深遠的基本建設,是實現科技強國這一新國家目標的精神長城。

  激光技術正進入第二個(ge) 60 年,前景廣闊,趣味無窮,呼喚有誌青年朋友們(men) 壯大這個(ge) 團隊,再接再厲,貢獻自己的智慧和力量。


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