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軍工航天新聞

戰(zhàn)略研究丨我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用2035發(fā)展戰(zhàn)略研究

星之球科技 來(lái)源:云腦智庫(kù)2021-08-26 我要評(píng)論(0 )   

編者按2020年是激光發(fā)明60周年,激光技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展極大地改變了世界。為促進(jìn)激光技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展,中國(guó)工程院于2018年啟動(dòng)了“我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用2035發(fā)展戰(zhàn)略研究...

編者按


2020年是激光發(fā)明60周年,激光技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展極大地改變了世界。為促進(jìn)激光技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展,中國(guó)工程院于2018年啟動(dòng)了“我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用2035發(fā)展戰(zhàn)略研究”重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目,本文是項(xiàng)目研究綜合報(bào)告。文章簡(jiǎn)要分析了激光技術(shù)及在科研與產(chǎn)業(yè)中的工具性、引領(lǐng)性和顛覆性作用,分析了我國(guó)激光技術(shù)在前沿激光、制造加工、信息通信、醫(yī)療診治等領(lǐng)域的科研和應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀,梳理了多個(gè)制約加速發(fā)展的問(wèn)題,提出了我國(guó)激光技術(shù)及應(yīng)用2035年發(fā)展目標(biāo)設(shè)想及政策措施建議。





一、前言



激光是與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的20世紀(jì)重大科技發(fā)明,具有亮度高、方向性強(qiáng)、單色性好、相干性好的特點(diǎn),被稱(chēng)為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”。激光與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與融合,形成了激光制造、激光通信、激光檢測(cè)、激光醫(yī)療等交叉技術(shù)學(xué)科,為人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界提供了一大批新工具,孕育和發(fā)展出多種類(lèi)型的激光產(chǎn)業(yè)和系列裝備,改變和重構(gòu)了高端制造、信息通信、醫(yī)療診斷治療和國(guó)防安防等多個(gè)領(lǐng)域。隨著新型激光器和激光新應(yīng)用的持續(xù)涌現(xiàn),激光技術(shù)的作用將更為突出,將在創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)和提升國(guó)際產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力中發(fā)揮重要作用。


鑒于激光技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的重要性,2018—2019年,中國(guó)工程院組織開(kāi)展了“我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用2035發(fā)展戰(zhàn)略研究”重點(diǎn)咨詢研究項(xiàng)目。項(xiàng)目組深入調(diào)研了激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,著重圍繞制造加工、信息通信、醫(yī)療診治領(lǐng)域三大產(chǎn)業(yè),梳理與國(guó)際先進(jìn)水平和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的差距,重點(diǎn)提出了2035年前我國(guó)的發(fā)展目標(biāo)、攻關(guān)重點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)政策需求。






圖1 激光技術(shù)


二、激光技術(shù)及應(yīng)用的作用與地位


 

(一)前沿激光技術(shù)是基礎(chǔ)物理研究和多領(lǐng)域前沿科技攻關(guān)的重要工具


研究前沿激光技術(shù),獲取更高的頻域特性(超短波、超長(zhǎng)波、可調(diào)諧、單頻、寬光譜等)、時(shí)域特性(超快、超強(qiáng)峰值等)和能量域特性(高亮度、大功率、高能等),始終是世界前沿科研的重要組成部分。


高性能激光可在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造出極端條件,使得高性能前沿激光成為基礎(chǔ)物理研究的重要工具。例如超快超強(qiáng)激光具有恒星內(nèi)核和黑洞邊緣才具備的超高功率密度、超強(qiáng)電磁強(qiáng)度,使超新星爆發(fā)、黑洞合并等宇宙“大事件”產(chǎn)生的極端條件有可能在實(shí)驗(yàn)室人為產(chǎn)生,這為平行宇宙、超弦/超膜理論等基礎(chǔ)物理理論研究提供了必需的實(shí)驗(yàn)工具。


高性能激光創(chuàng)造的頻域特性、時(shí)域特性和能量域特性條件或參數(shù),使激光成為新材料、能源、生物等科技前沿研究必不可少的工具。例如,利用硬X射線自由電子激光(XFEL)作為新一代探針光,使得人類(lèi)能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)原子、分子、納米、微米尺度的演化圖像,并且能夠操控電子、分子、原子、甚至原子核的狀態(tài),是核物理、原子物理、分子物理以及分子甚至細(xì)胞層次的化學(xué)、生物科學(xué)研究的必備工具。


六十年來(lái),與激光相關(guān)的研究多次獲得諾貝爾獎(jiǎng),也充分說(shuō)明了激光技術(shù)在推動(dòng)前沿科學(xué)研究和促進(jìn)科技進(jìn)步中的突出作用。


(二)激光技術(shù)在塑造現(xiàn)代制造、信息、醫(yī)療和國(guó)防等產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著不可或缺的作用

 

激光制造應(yīng)用是激光產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的主要方向,包括去除與連接、表面工程、增材制造、修復(fù)與再制造和微納制造等5類(lèi),產(chǎn)值規(guī)模占激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的30%以上。激光制造具有易于操作、非接觸、高柔性、高效率、高質(zhì)量和節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn),是切割、焊接、表面處理、高性能復(fù)雜構(gòu)件制造和精密制造的主流手段,被譽(yù)為“萬(wàn)能加工工具”“未來(lái)制造系統(tǒng)共同的加工手段”,引領(lǐng)了先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展,對(duì)工業(yè)智能化進(jìn)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。


激光技術(shù)是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的支撐技術(shù)。光纖通信是高速互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ);無(wú)線光通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)海量信息遠(yuǎn)距離快速傳輸?shù)奈ㄒ环绞?,也是巨型?jì)算機(jī)、大型超算中心、第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)基站和5G數(shù)據(jù)中心等內(nèi)部及相互之間高速海量數(shù)據(jù)傳輸交換的主要方式;光存儲(chǔ)是海量大數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的主要方式;高清晰激光顯示技術(shù)將引發(fā)“人類(lèi)視覺(jué)史上的一場(chǎng)革命”。此外,激光技術(shù)還是高精度測(cè)量傳感、無(wú)人駕駛和量子通信的重要基礎(chǔ)。


激光技術(shù)已是醫(yī)療和診斷領(lǐng)域中不可替代的一類(lèi)技術(shù)手段。光學(xué)相干層析成像(OCT)、光聲成像、多光子顯微成像、拉曼成像是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷的重要技術(shù)。強(qiáng)激光治療、光動(dòng)力治療及弱激光治療已廣泛應(yīng)用于眼科、外科、內(nèi)科、婦科、耳鼻喉科、心血管科、皮膚科等科室300多種疾病的治療,以其精準(zhǔn)性、微創(chuàng)或無(wú)創(chuàng)性引領(lǐng)醫(yī)學(xué)治療模式的轉(zhuǎn)變。


在國(guó)防領(lǐng)域,激光已應(yīng)用于測(cè)距、成像、指向、制導(dǎo)、通信及對(duì)抗等,改善了武器裝備性能,如提高命中率和可靠性,而且某種意義上也改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的面貌。近年來(lái),直接利用激光能量殺傷目標(biāo)的高能激光武器已接近成熟,將逐步進(jìn)入多種應(yīng)用裝備的研制和列裝階段。受小型無(wú)人機(jī)應(yīng)用快速拓展的影響,低空防御型激光系統(tǒng)因作為和平時(shí)期重要地點(diǎn)、重大活動(dòng)安防不可或缺的手段而得到快速發(fā)展。


(三)加速發(fā)展激光技術(shù)及應(yīng)用可有力推動(dòng)和引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)


激光技術(shù)的廣泛應(yīng)用和持續(xù)拓展,顯示這是一項(xiàng)極其重要的核心關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)性技術(shù)和引領(lǐng)性技術(shù),有力推動(dòng)和引領(lǐng)著經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。


第一,激光技術(shù)是一項(xiàng)重要的工具性技術(shù),其應(yīng)用可以加速改變相關(guān)行業(yè)面貌,激光在制造行業(yè)、信息通信和醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用及擴(kuò)展就說(shuō)明了這一點(diǎn)。


第二,激光技術(shù)是一項(xiàng)極強(qiáng)的滲透性的基礎(chǔ)性技術(shù)。激光產(chǎn)品所支撐的經(jīng)濟(jì)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本身的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。2010年美國(guó)科技政策辦公室的一份研究報(bào)告指出,2009—2010年美國(guó)的電信、電子商務(wù)及信息技術(shù)總價(jià)值為4萬(wàn)億美元,其中激光器自身的價(jià)值僅為32億美元(半導(dǎo)體和光纖激光器)。換個(gè)角度,激光技術(shù)產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)體系中的重要性遠(yuǎn)超產(chǎn)品本身的價(jià)值規(guī)模。


第三,激光技術(shù)孕育孵化新應(yīng)用的能力很強(qiáng),能夠不斷與其他技術(shù)融合創(chuàng)造新應(yīng)用和新產(chǎn)業(yè),具有突出的產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)性特征。例如,近30年來(lái)半導(dǎo)體激光器性能的不斷提升,使得光交換技術(shù)成熟和光纖通信網(wǎng)絡(luò)的容量達(dá)到每秒太字節(jié)以上,這是第四代移動(dòng)通信技術(shù)(4G)和5G通信技術(shù)發(fā)展的重要基石。另外,激光顯示技術(shù)的成熟即將催生萬(wàn)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。


三、我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀分析


 

(一)我國(guó)激光技術(shù)科研主要力量集中在科研院所和高等學(xué)校,企業(yè)相對(duì)較弱


科研院所和高校是我國(guó)激光器系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)研究的主要力量,包括中國(guó)科學(xué)院、各個(gè)軍工集團(tuán)和中國(guó)工程物理研究院的多個(gè)研究所和華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等。據(jù)《2019中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)與激光相關(guān)的30個(gè)國(guó)家級(jí)科研平臺(tái)(包括1個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)中心、14個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、5個(gè)國(guó)家工程研究中心、10個(gè)國(guó)家工程技術(shù)研究中心),僅有精密超精密加工國(guó)家工程研究中心和國(guó)家半導(dǎo)體泵浦激光工程技術(shù)研究中心建在企業(yè),其他28家均依托科研院所和高校建設(shè)。


高校和科研院所承擔(dān)了大部分國(guó)家計(jì)劃的激光科研攻關(guān)項(xiàng)目,企業(yè)占比很小。2017年,國(guó)家自然科學(xué)基金資助與激光緊密相關(guān)的項(xiàng)目有415項(xiàng),資助經(jīng)費(fèi)近3億元,中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等4家科研院所和西安交通大學(xué)等6家大學(xué)位列資助經(jīng)費(fèi)額度的前10位,占總支出額的44%。2017年國(guó)家自然科學(xué)基金支持光電領(lǐng)域重大科研儀器研制項(xiàng)目為26項(xiàng),總金額約為1.8億,依托單位為14家大學(xué)和8家科研院所。


相比較而言,我國(guó)企業(yè)在開(kāi)展激光科研方面力量相對(duì)較弱,獲得國(guó)家科技計(jì)劃資助也相對(duì)較少。一方面這反映出我國(guó)企業(yè)科研實(shí)力、科研基礎(chǔ)相對(duì)較弱,無(wú)法與高校和科研院所競(jìng)爭(zhēng);另一方面也說(shuō)明目前激光領(lǐng)域資助項(xiàng)目來(lái)自產(chǎn)業(yè)前沿較少,問(wèn)題較為基礎(chǔ),風(fēng)險(xiǎn)較大,與產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)較弱,企業(yè)興趣不大。


(二)我國(guó)激光科研領(lǐng)域覆蓋面廣,總體技術(shù)水平還不夠高


在前沿科研方向領(lǐng)域中,新型半導(dǎo)體激光器、超快超強(qiáng)激光器、深/極紫外激光器、高能固體激光器和自由電子激光器領(lǐng)域是主要方向,具有以下幾個(gè)特點(diǎn):第一,在反映激光本質(zhì)的頻域特性(超短波、超長(zhǎng)波、可調(diào)諧、單頻、寬光譜等)、時(shí)域特性(超快、超強(qiáng)峰值等)和能量域特性(高亮度、大功率、高能等)方面具有比普通激光器更高的性能;第二,有著重要的應(yīng)用需求,且目前的性能距離應(yīng)用需求尚有一定差距;第三,預(yù)示著激光技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)和方向(往往包含著新材料、新結(jié)構(gòu)、新原理、新體制的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明)。前沿激光技術(shù)是關(guān)系到占領(lǐng)未來(lái)科技戰(zhàn)略制高點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一,是國(guó)際上各國(guó)激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。當(dāng)前,我國(guó)科技計(jì)劃對(duì)上述前沿激光技術(shù)方向都有一定的規(guī)劃布局和支持,總體上說(shuō),大部分研究方向與世界先進(jìn)方向有一定差距。


在智能制造領(lǐng)域,我國(guó)激光制造已成為過(guò)去十年先進(jìn)制造領(lǐng)域發(fā)展最快的方向之一,但大部分技術(shù)還處于跟蹤國(guó)外先進(jìn)水平的階段。無(wú)論微納制造、宏觀制造,還是金屬、非金屬及生物增材制造,均形成了一定特色,部分技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先。然而,與先進(jìn)國(guó)家相比,仍在多方面處于落后地位:缺乏原創(chuàng)和能對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生革命性、突變式進(jìn)步的技術(shù),大部分處于跟蹤的階段;高品質(zhì)高穩(wěn)定激光器、激光加工頭和外光路系統(tǒng)主要依賴(lài)進(jìn)口,系統(tǒng)集成的智能化欠缺;某些核心技術(shù)如控制軟件、特種光纖等,一直難以取得突破,制約了激光產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升。


在信息領(lǐng)域,與我國(guó)移動(dòng)通信和數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)的領(lǐng)先發(fā)展同步,我國(guó)光纖通信的科研和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)等達(dá)到世界先進(jìn)水平。在無(wú)線空間激光通信方面,我國(guó)在2016年12月底至2017年1月中旬利用“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星成功開(kāi)展了“星地高速相干激光通信載荷”在軌測(cè)試,總體上處于跟進(jìn)狀態(tài)。激光顯示已具有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),建立了從核心光學(xué)材料與器件、半導(dǎo)體與全固態(tài)激光器至整機(jī)集成的完整技術(shù)鏈,總體上與發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一水平,其中投影式激光顯示技術(shù)已取得突破,產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)領(lǐng)先于國(guó)際水平,具備加速發(fā)展條件。


在醫(yī)療領(lǐng)域,近年來(lái)激光醫(yī)療的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新迅速增長(zhǎng)。2019年,在82項(xiàng)自然科學(xué)基金資助國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目中,16項(xiàng)與激光醫(yī)學(xué)相關(guān),金額為11 857.87萬(wàn)元,占總體資助金額比例約為20.44%。光動(dòng)力療法(PDT)、弱光治療等部分激光醫(yī)療技術(shù)的基礎(chǔ)及臨床應(yīng)用水平已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。但我國(guó)激光醫(yī)療產(chǎn)業(yè)以中小型民營(yíng)企業(yè)為主,缺乏真正來(lái)自臨床的需求牽引,“拿來(lái)主義”比較典型,臨床難以對(duì)激光器提出更高標(biāo)準(zhǔn)的需求,生產(chǎn)指標(biāo)不針對(duì)醫(yī)療需求,導(dǎo)致激光醫(yī)療設(shè)備大量依賴(lài)進(jìn)口,特別是用于精準(zhǔn)診療的超快激光器等關(guān)鍵技術(shù)和高端設(shè)備被國(guó)外壟斷。另外,與國(guó)外相比,激光醫(yī)療器械注冊(cè)審核要求過(guò)嚴(yán),周期過(guò)長(zhǎng),影響了新產(chǎn)品研發(fā),2016—2018年中國(guó)僅有18項(xiàng)國(guó)產(chǎn)激光醫(yī)療器械得到上市許可,而同期美國(guó)則有100項(xiàng)。






圖2 激光技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用


在國(guó)防領(lǐng)域,經(jīng)過(guò)幾十年的艱苦努力,我國(guó)激光武器技術(shù)總體上與國(guó)際先進(jìn)水平接近。在安防領(lǐng)域,特別針對(duì)低空安保與反恐維穩(wěn)對(duì)小型多旋翼無(wú)人機(jī)的攔截需求,中國(guó)久遠(yuǎn)高新技術(shù)裝備有限公司等于2014年在世界上率先研發(fā)“低空衛(wèi)士”激光攔截系統(tǒng),總體上處于國(guó)際先進(jìn)水平。

 

(三)我國(guó)激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力快速提升,但高端、原創(chuàng)產(chǎn)品仍不多


我國(guó)激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,大規(guī)模的激光企業(yè)已遍布華東、華南、華北、東北、華中及西部地區(qū)。據(jù)《2019中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì),我國(guó)在26個(gè)城市已有激光產(chǎn)業(yè)基地(園區(qū))37個(gè),2011年到2018年激光設(shè)備銷(xiāo)售收入提高了5倍多,涌現(xiàn)了大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司、華工科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司等一批有世界競(jìng)爭(zhēng)力的激光企業(yè)。


經(jīng)過(guò)多年的努力,我國(guó)激光企業(yè)在中低端激光產(chǎn)業(yè)上已站穩(wěn)腳跟,但在高端技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)和高端核心部件上與世界先進(jìn)水平仍有較大差距;在產(chǎn)品上,跟隨型產(chǎn)品居多,我國(guó)原創(chuàng)或首創(chuàng)性的產(chǎn)品相對(duì)較少。


未來(lái)我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)仍將快速發(fā)展。第一,隨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能環(huán)保要求提升以及個(gè)性化需求的發(fā)展,我國(guó)激光制造設(shè)備產(chǎn)業(yè)將面臨更大的發(fā)展前景;第二,激光光纖通信、激光顯示、激光存儲(chǔ)等信息應(yīng)用有著巨大發(fā)展空間,激光雷達(dá)、激光無(wú)線通信等也將隨著無(wú)人駕駛等應(yīng)用的發(fā)展而加快;第三,激光醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾,未來(lái)將隨著與可穿戴設(shè)備的融合,在慢性病的日常監(jiān)測(cè)和防治中發(fā)揮更大的作用。


(四)我國(guó)激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)更快更好發(fā)展還面臨一系列制約因素


(1)缺少制度性的頂層統(tǒng)籌謀劃和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。激光技術(shù)與應(yīng)用涉及多個(gè)領(lǐng)域,覆蓋面廣,在國(guó)家頂層沒(méi)有定期進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和發(fā)展評(píng)估的制度性安排,一定程度上影響了協(xié)調(diào)發(fā)展的速度。


(2)支撐激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)研究(如支撐新產(chǎn)品研發(fā)的新機(jī)理、新機(jī)制、新工藝)不夠,導(dǎo)致原創(chuàng)性激光產(chǎn)業(yè)稀少。主力科研機(jī)構(gòu)有人力、設(shè)備,但不了解真正的需求,企業(yè)因風(fēng)險(xiǎn)高導(dǎo)致意愿低、投入少、能力弱,從而使產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究進(jìn)展緩慢、效果欠佳,很難催生原創(chuàng)性產(chǎn)業(yè)。


(3)關(guān)鍵共性技術(shù)供給不足。關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新體系尚未建立,組織機(jī)制不健全,政策支持不連貫,經(jīng)費(fèi)投入不足,成果共享和推廣應(yīng)用機(jī)制亟待完善。


(4)“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新不夠。我國(guó)激光技術(shù)研發(fā)的主力在科研院所和高校,與企業(yè)及園區(qū)的關(guān)聯(lián)度都不高,技術(shù)研究成果對(duì)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化和支撐明顯不強(qiáng)。


(5)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策有待加強(qiáng)。在醫(yī)療領(lǐng)域尤其突出,我國(guó)醫(yī)療器械的注冊(cè)和認(rèn)證法規(guī)導(dǎo)致前期研發(fā)、檢測(cè)認(rèn)證、臨床及審批取證需要巨大的資金成本和時(shí)間成本,不利于鼓勵(lì)創(chuàng)新型激光醫(yī)療器械的推廣和應(yīng)用,也與激光技術(shù)快速發(fā)展的實(shí)際不符。


(6)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)覆蓋不足。激光應(yīng)用是典型的交叉學(xué)科應(yīng)用,在當(dāng)前的教育體系中,機(jī)械制造行業(yè)、信息行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教育中往往欠缺激光技術(shù)的內(nèi)容,對(duì)激光技術(shù)新產(chǎn)品在該行業(yè)的滲透和發(fā)展不利,影響激光裝備和產(chǎn)品效能的發(fā)揮。


四、我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用2035年發(fā)展目標(biāo)思考



(一)指導(dǎo)思想


以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo),以服務(wù)于實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”目標(biāo)為根本遵循,以提升激光科技與產(chǎn)業(yè)支撐總體國(guó)家安全的能力為核心,著力加強(qiáng)頂層謀劃,著力解決制約激光技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的管理體制機(jī)制束縛和關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控問(wèn)題,努力培育新興激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè),加快我國(guó)激光技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,實(shí)現(xiàn)我國(guó)激光科技和產(chǎn)業(yè)的歷史性跨越。


(二)總體目標(biāo)


到2035年,我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用的整體水平和研究能力顯著提高,前沿技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平總體均衡,主要領(lǐng)域技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn),主要激光產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域達(dá)到先進(jìn)國(guó)家同等水平,有效支撐我國(guó)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和可持續(xù)發(fā)展,并創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


(1)突破超高亮度、超短脈沖和單頻超穩(wěn)激光器等前沿激光技術(shù),發(fā)揮對(duì)天文學(xué)等基礎(chǔ)物理研究的支撐作用。


(2)建設(shè)一批重大激光裝置(如超短超強(qiáng)、XFEL、THz-FEL裝置等),支撐材料、生物、能源等基礎(chǔ)研究,夯實(shí)我國(guó)科技發(fā)展后勁。


(3)自主突破激光半導(dǎo)體芯片等關(guān)鍵瓶頸產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)核心基礎(chǔ)的自主可控水平,保障經(jīng)濟(jì)安全。


(4)發(fā)展新型半導(dǎo)體激光器等新型激光器,發(fā)展激光新應(yīng)用的機(jī)理、工藝等應(yīng)用基礎(chǔ)研究,創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè),有效支撐和促進(jìn)5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、量子技術(shù)、無(wú)人駕駛等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)發(fā)展的作用。


(5)激光在智能制造和信息領(lǐng)域的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到世界先進(jìn)水平,有效支撐我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。


(6)服務(wù)健康中國(guó)戰(zhàn)略,持續(xù)拓展醫(yī)療診斷應(yīng)用,提升激光醫(yī)療裝備滿足高端市場(chǎng)能力。


(7)積極發(fā)展國(guó)防與安防應(yīng)用,滿足國(guó)家需求。

 

(三)領(lǐng)域目標(biāo)


在前沿方向領(lǐng)域,到2035年,我國(guó)半導(dǎo)體激光器、高能固體激光器、超快超強(qiáng)激光、深/極紫外激光和自由電子激光等激光前沿技術(shù)研究的整體水平和研究能力顯著提高,實(shí)現(xiàn)一系列核心技術(shù)的突破,建成一批重大激光科研裝置,實(shí)現(xiàn)我國(guó)前沿激光技術(shù)由跟跑、并跑向領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)換,支撐和促進(jìn)我國(guó)基礎(chǔ)科研的研究和前沿應(yīng)用科技的發(fā)展。


在智能制造領(lǐng)域,2035年基礎(chǔ)研究取得一批原創(chuàng)性成果;攻克激光制造核心部件關(guān)鍵技術(shù),基本實(shí)現(xiàn)我國(guó)激光制造全產(chǎn)業(yè)鏈自主供給;研發(fā)智能化、極端化、高性能先進(jìn)激光制造技術(shù)與系列裝備,基本實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端裝備激光制造技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈的自主供給;實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,激光制造與再制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到萬(wàn)億量級(jí);激光制造與再制造產(chǎn)業(yè)整體實(shí)力達(dá)到世界先進(jìn)水平。


在信息領(lǐng)域,我國(guó)激光信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)到2035年將處于世界領(lǐng)先地位。構(gòu)建安全可控的激光信息技術(shù)體系,信息領(lǐng)域核心激光技術(shù)自主可控,完全掌握關(guān)鍵核心技術(shù)和工藝。形成產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈協(xié)同發(fā)展的新業(yè)態(tài)、新模式不斷涌現(xiàn)的創(chuàng)新合作體系,成為信息激光技術(shù)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展策源地,形成激光創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)集聚發(fā)展新格局,激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群持續(xù)發(fā)展能力和競(jìng)爭(zhēng)力國(guó)際領(lǐng)先。


在醫(yī)療領(lǐng)域,到2035年的目標(biāo)是建立激光醫(yī)療體系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),完善醫(yī)療激光器以及整個(gè)激光產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境;針對(duì)重大醫(yī)學(xué)應(yīng)用,掌握激光器核心部件和關(guān)鍵技術(shù)并產(chǎn)業(yè)化,形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,形成國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,擁有世界領(lǐng)先的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。


五、加速我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展的措施建議



(1)強(qiáng)化頂層統(tǒng)籌謀劃,引領(lǐng)我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。一是面向2035年國(guó)家發(fā)展目標(biāo),建議制定《我國(guó)激光技術(shù)與應(yīng)用中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(2021—2035年)》;二是依托中國(guó)工程院和中國(guó)科學(xué)院,每5年定期評(píng)估激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r,前瞻提出發(fā)展重點(diǎn)和引領(lǐng)目標(biāo),及時(shí)向國(guó)家提出涉及激光科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的咨詢建議。


(2)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究,聚力突破產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的重大基礎(chǔ)問(wèn)題和核心基礎(chǔ)材料、器件,努力打造自主可控的產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)基礎(chǔ),為可持續(xù)發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。例如聚焦高性能激光芯片、新型新體制半導(dǎo)體激光器、高性能特種激光光纖、激光晶體、激光增材制造和再制造用金屬材料等核心材料和器件,成體系組織原料、關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)計(jì)、工藝、測(cè)試和規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)。


(3)實(shí)施若干應(yīng)用研發(fā)專(zhuān)項(xiàng),加大產(chǎn)業(yè)扶持政策,打造多個(gè)新激光產(chǎn)業(yè)鏈。如在制造領(lǐng)域,繼續(xù)加強(qiáng)航空航天、機(jī)械制造等高端裝備領(lǐng)域激光制造與再制造技術(shù)相關(guān)應(yīng)用研究與驗(yàn)證計(jì)劃;在信息領(lǐng)域,開(kāi)展空間激光寬帶傳輸與組網(wǎng)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),加速激光顯示等發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)未來(lái)布局;在醫(yī)療領(lǐng)域,支持研發(fā)臨床用的高性能飛秒激光器及裝備;將成熟度高、風(fēng)險(xiǎn)較低的激光臨床設(shè)備納入《免于進(jìn)行臨床試驗(yàn)醫(yī)療器械目錄》,推進(jìn)激光醫(yī)療器械注冊(cè)人制度。


(4)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)協(xié)同機(jī)制,完善激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。如以重點(diǎn)臨床醫(yī)院為依托單位,集中國(guó)內(nèi)相關(guān)高校、研究院所和企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),建設(shè)國(guó)家級(jí)激光醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化工程研究中心;充分發(fā)揮企業(yè)的創(chuàng)新主體作用,充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)等行業(yè)團(tuán)體在產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)問(wèn)題提出與研發(fā)、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定中的作用。


(5)強(qiáng)化激光基礎(chǔ)教育,加大對(duì)激光及光學(xué)應(yīng)用人才培養(yǎng)力度。適應(yīng)激光應(yīng)用加速發(fā)展的需要,在臨床醫(yī)學(xué)下設(shè)立激光醫(yī)學(xué)二級(jí)學(xué)科,在材料、制造等理工專(zhuān)業(yè)中強(qiáng)化激光基礎(chǔ)教育,夯實(shí)激光應(yīng)用發(fā)展的人才基礎(chǔ)。


六、結(jié)語(yǔ)



2020年是激光發(fā)明60周年,激光技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展極大地改變了世界。黨的“十九大”確定了2035年基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化和躋身創(chuàng)新型國(guó)家前列的戰(zhàn)略目標(biāo),這為激光技術(shù)和應(yīng)用帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇,也對(duì)激光技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求。我們必須充分認(rèn)識(shí)激光技術(shù)與應(yīng)用的作用和潛力,認(rèn)清制約發(fā)展的困難與挑戰(zhàn),加強(qiáng)統(tǒng)籌謀劃,以改革的大無(wú)畏精神和勇氣突破各種制約,堅(jiān)持自主創(chuàng)新和開(kāi)放創(chuàng)新,堅(jiān)持應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)為目標(biāo)牽引,強(qiáng)化激光技術(shù)攻關(guān),完善激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài),積極搶占國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn),為中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。


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