1960年，世界上第一台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(wei) 戰略高技術發展列入國家計劃：美國製定了21世紀激光科學與(yu) 工程的發展規劃，日本製定了光子工程發展規劃，德國製定了光技術促進計劃，北歐諸國製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(zhong) 一定會(hui) 感到更為(wei) 震撼！”許祖彥院士如是說。從(cong) 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年後，我國第一台激光顯示樣機誕生，正是這項技術，在2008年北京奧運會(hui) 和2010年上海世博會(hui) 上，贏得了國外同行的讚譽。

2010年8月，第十九屆BIRTV展觀眾(zhong) 體(ti) 驗激光3D電影。

 2010年11月，中視中科參加武漢光博會(hui) ，觀眾(zhong) 排隊等候入場體(ti) 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，小到視網膜脫落後的治療，大到汽車、鑽井機、飛船製造過程中的切割、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、激光先進製造、激光醫療、微加工等關(guan) 乎民生的方方麵麵，取得了令人矚目的成績。在剛剛舉(ju) 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、大型複雜激光放大器、工業(ye) 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，吸引了無數驚歎的目光。

　　值得一提的是，人工晶體(ti) 材料的研究成果為(wei) 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(ti) 材料和激光器的研究給予了持續而有力的支持，從(cong) 最早支持材料科學與(yu) 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(chan) 業(ye) 化，863計劃見證了我國在人工晶體(ti) 和激光器領域所取得的一個(ge) 又一個(ge) 驕人的“國際領先”，也留下了 “產(chan) 、學、研、用”相結合的寶貴經驗。

　　第一章 人工晶體(ti) ，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(ti) 生長學術會(hui) 議。

　　參會(hui) 的專(zhuan) 家學者深刻認識到：現在世界上所有的非線性人工晶體(ti) 材料都是國外發現的，我們(men) 總是跟著國外走，這樣下去是不行的。但當時所有晶體(ti) 材料都是像貝爾實驗室那樣的國際頂尖的科研單位研製出來的，對於(yu) 中國人是否有能力做出自己的晶體(ti) ，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(hui) 後，物構所的研究人員熱情高漲，決(jue) 心一定要做出中國人自己的晶體(ti) 材料。文革結束後，1977年陳創天被當時物構所所長盧嘉錫院士任命為(wei) 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(ti) 材料的探索。

　　1979年，他們(men) 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(ti) 。在此基礎上，又經過3年的努力，終於(yu) 確定BBO晶體(ti) 是一種應用價(jia) 值很高的紫外非線性人工晶體(ti) 。

　　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(hui) 議上作了有關(guan) 我國BBO晶體(ti) 非線性光學性能的報告，引起了轟動。這次會(hui) 議後，BBO晶體(ti) 正式被國際學術界認可為(wei) 一種優(you) 秀的非線性人工晶體(ti) 。兩(liang) 年後，他們(men) 又發明了三硼酸鋰（即LiB3O5簡稱LBO）晶體(ti) 。由於(yu) BBO、LBO晶體(ti) 首先由中國科學家發明，而且性能優(you) 異，應用前景看好，因此在國際上被譽為(wei) “中國牌晶體(ti) ”。

　　1986年，BBO晶體(ti) 獲中國科學院科技進步特等獎。1990年，LBO晶體(ti) 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(ti) 還分別於(yu) 1987、1989年獲美國光電子產(chan) 業(ye) 界頒發的十大光電子產(chan) 品獎。

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

　　以光學超晶格為(wei) 代表的微結構光學晶體(ti) 是一種新型非線性光學材料，以這種晶體(ti) 研製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(ye) 應用方麵發揮獨特作用。南京大學閔乃本院士研究組基於(yu) 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製；包括光學超晶格在內(nei) 的“介電體(ti) 超晶格材料的設計、製備、性能和應用”的研究成果獲得2006年國家自然科學一等獎。基於(yu) 光學超晶格的全固態激光器有可能作為(wei) 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(ti) 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(ti) 要為(wei) 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(ti) 材料優(you) 勢轉化為(wei) 激光器件優(you) 勢，推動激光高技術產(chan) 業(ye) 的發展。從(cong) 那時起，產(chan) 業(ye) 化成為(wei) 人工晶體(ti) 研究者要思考的另一個(ge) 問題。

　　我國在人工晶體(ti) 領域已經走在世界前沿，但如果僅(jin) 靠出口晶體(ti) 賺錢，非常不劃算。因為(wei) 晶體(ti) 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(ti) 。

　　“如果直接將我們(men) 用10年乃至更長時間的心血發明的晶體(ti) 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(ti) 產(chan) 業(ye) 化的先驅之一，在他的倡導下，我國人工晶體(ti) 走向世界。但我們(men) 以低廉的價(jia) 格出口人工晶體(ti) 的同時，卻以相差百倍、千倍的價(jia) 格進口激光器。這樣的現實使我國的人工晶體(ti) 科學家開始思考怎樣扭轉這種不利局麵，如何開創我國人工晶體(ti) 和激光器發展的新麵貌。

　　他們(men) 提出了目標——先進的人工晶體(ti) 要為(wei) 我所用！

　　上世紀90年代，我國逐漸開始進行人工晶體(ti) 的產(chan) 業(ye) 化。第一塊BBO晶體(ti) 的報道發表於(yu) 1984年，但1985年我國才有專(zhuan) 利法。繼BBO之後的LBO擁有了專(zhuan) 利，這也是我國第一個(ge) 有自主知識產(chan) 權的非線性人工晶體(ti) 。1990年，中國科學院福建物質結構研究所創辦了國內(nei) 第一家晶體(ti) 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(ti) 材料及器件出口公司，年出口額過億(yi) ，並已成功上市。

　　在國家相關(guan) 科技計劃，包括863計劃的支持下，在BBO、LBO晶體(ti) 產(chan) 業(ye) 化後，陳創天院士和他的研究團隊並沒有停止研究的步伐。他們(men) 針對這兩(liang) 種晶體(ti) 不能實現深紫外（指波長短於(yu) 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(ti) 。這一發明彌補了BBO和LBO兩(liang) 種晶體(ti) 不能實現深紫外倍頻光輸出的缺陷，從(cong) 而把非線性人工晶體(ti) 的轉換能力推向了深紫外波段。#p#分頁標題#e#

　　在此基礎上，我國科學家和日本科學家合作首次成功研製出能量分辨率優(you) 於(yu) 毫電子伏特的超高分辨率光電子能譜儀(yi) ，可以說，沒有KBBF晶體(ti) 和棱鏡耦合技術就不可能有超高分辨率光電子能譜儀(yi) ，也不可能發展具有我國特色，以深紫外激光器為(wei) 基礎的紫外科學儀(yi) 器係列及相關(guan) 的高水平研究工作。

　　2009年2月，《自然》以《中國“藏匿”的晶體(ti) 珍寶》為(wei) 題報道了中國人工晶體(ti) 的成就：“中國在KBBF晶體(ti) 上的壟斷地位並不是一個(ge) 偶然，當其它國家的材料科學家和固體(ti) 物理學家麵對著一種資金匱乏，投入短缺的科研狀況的時候，他們(men) 的中國同行卻悄然占領了一係列廣闊的材料研究領域的製高點”；“其他國家在晶體(ti) 生長方麵的研究目前看來是無法趕上與(yu) 中國的這個(ge) 差距的”。

　　在國家長期的支持下，中國的人工晶體(ti) 研究厚積薄發，從(cong) 模仿、跟蹤到逐步走上獨立自主發展功能晶體(ti) 的道路，成為(wei) 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(ju) 辦的第16屆國際晶體(ti) 生長會(hui) 議的1100多位各國代表高度評價(jia) 中國晶體(ti) 生長的成就；這次會(hui) 議是我國人工晶體(ti) 全麵走向世界的標誌，也是我國人工晶體(ti) 和激光產(chan) 業(ye) 結合，走向實用化產(chan) 業(ye) 化的新起點。

　　中國高水平的人工晶體(ti) 為(wei) 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(chan) 業(ye) 需求帶動技術發展為(wei) 目標，重點部署了激光投影顯示技術、工業(ye) 激光加工係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係列化全固態激光器件及配套的人工晶體(ti) 、大功率半導體(ti) 量子阱材料與(yu) 器件批量生產(chan) 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製造、激光顯示與(yu) 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(cong) 理論上來說，激光顯示技術是以三基色激光作為(wei) 顯示光源，具有色域範圍廣（2倍於(yu) 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(wan) 小時）、環保、節能等優(you) 點，將導致顯示係統綜合性能的革命性提升。因此，國際顯示業(ye) 認為(wei) 激光顯示是“人類視覺史上的一次革命”。

　　縱觀顯示產(chan) 品發展的曆史，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，並指出激光顯示技術是顯示技術發展的重大方向。他與(yu) 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(guan) 單位向國家建議發展具有自主知識產(chan) 權的激光顯示技術。

　　“我之所以研究激光顯示技術，是源於(yu) 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(wan) 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(jue) 心要造出一台樣機來，讓人們(men) 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(chan) 業(ye) 化。”

　　我國第一台激光投影顯示器樣機的成功研製，使得對激光顯示器的評價(jia) 不再停留在理論層麵，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，我國又研製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係統。該係統顯示出色彩豔麗(li) 、圖像清晰的動態畫麵，整體(ti) 技術達到國際先進水平，單元技術達到國際領先水平。2008年，我國研製出具有自主知識產(chan) 權的高亮度激光投影產(chan) 品，並成功在數字影院和北京奧運會(hui) 獲得商業(ye) 應用，領先國際同類產(chan) 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），並通過了CE（歐盟認證）、FCC（美國聯邦通訊委員會(hui) ）等國際認證，在上海世博會(hui) 中國館大顯身手，在產(chan) 業(ye) 化道路上又邁出了堅實的一步。

　國產(chan) 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製。這是全固態激光器在醫療領域的重要應用。

　　“我們(men) 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後。去年一共做了2000多例。這麽(me) 大的治療量，之前進口的機器用了一年就不行了。現在這裏的5台機器都是我國863計劃研製的，5台機器同時開，每天工作10個(ge) 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(chan) 機器正是“全固態激光治療血管瘤設備”。這是我國首台具有完全自主知識產(chan) 權、國際領先的全固態連續激光治療設備，為(wei) 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”不同於(yu) 以往用銅蒸氣激光或倍頻燈泵YAG（石榴石）激光等作為(wei) 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(ti) 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(ti) 積小、低功耗、啟動快的優(you) 點。

　　高穩定性抗損傷(shang) 光學薄膜製備技術、諧振腔設計、中央控製主機軟件的設計、專(zhuan) 家輔助決(jue) 策係統以及故障模式、影響及危害性分析（FMECA）和故障樹分析（FTA）等技術，解決(jue) 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(zhuan) 利授權。

　　我國首次實現藍綠雙光源連續輸出的、適於(yu) 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，並已擁有完全自主知識產(chan) 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(nei) ，是迄今為(wei) 止我國首台用於(yu) 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”的成功研製，不僅(jin) 標誌著由我國獨創的、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(chan) 權的全固態連續激光治療設備，同時還標誌著臨(lin) 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(ti) 水平具有重要意義(yi) 。