導(dǎo)讀：

了解激光的起源，要從人類發(fā)現(xiàn)光波動和微粒運(yùn)動的規(guī)律開始說起。

激光技術(shù)的起源

17世紀(jì)-19世紀(jì)：科學(xué)家們對光的理論探索

人們對光的本性的探求：惠更斯、虎克光的波動說表示，光是以一定方式沿空間傳輸?shù)牟▌舆^程。牛頓微粒說認(rèn)為，光是以經(jīng)典方式運(yùn)動著的微小粒子。到了19世紀(jì)，光的波動本性有了進(jìn)一步發(fā)展，比如電磁場理論、麥克斯韋方程組。19世紀(jì)下半葉發(fā)展起來的電磁場理論能夠解釋光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和雙折射等現(xiàn)象。

20世紀(jì)初：科學(xué)家們對光進(jìn)行了進(jìn)一步的理論研究及實(shí)驗(yàn)證明

然而到了20世紀(jì)初，出現(xiàn)了黑體輻射、原子線狀光譜、光電效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)和康普頓散射等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這些涉及到光與物質(zhì)相互作用時(shí)能量與動量交換特征的就無法用當(dāng)時(shí)的經(jīng)典理論來解釋。1900年，普朗克提出了能量量子化概念，并因此獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎;1905年，愛因斯坦提出光子假說并成功解釋了光電效應(yīng)，并因此獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎;1913年，玻爾借鑒了普朗克的量子概念提出了全新的原子結(jié)構(gòu)模型，并因此獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎;1917年，愛因斯坦在玻爾的原理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了受激輻射理論，為激光的出現(xiàn)奠定了理論的基礎(chǔ);1928年，Landenburg證實(shí)了受激輻射和“負(fù)吸收”的存在;

1930年代：受激輻射第一次被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1930年代描述了原子的受激輻射。在此之后人們很長時(shí)間都在猜測，這個(gè)現(xiàn)象可否被用來加強(qiáng)光場，因?yàn)榍疤崾墙橘|(zhì)必須存在著群數(shù)反轉(zhuǎn)(或譯居量反轉(zhuǎn))populationinversion的狀態(tài)。在一個(gè)二級系統(tǒng)中,這是不可能的。人們首先想到用三級系統(tǒng)，而且計(jì)算證實(shí)了輻射的穩(wěn)定性。又過了十幾年，Lamb和Reherford在氫原子光譜中發(fā)現(xiàn)了明顯的受激輻射，這是受激輻射第一次被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1950年：光學(xué)泵浦的方法探究及實(shí)現(xiàn)

1950年Kastler提出了光學(xué)泵浦的方法，兩年后該方法被實(shí)現(xiàn)。他因?yàn)樘岢隽诉@種利用光學(xué)手段研究微波諧振的方法而獲得諾貝爾獎。次年，湯斯提出受激輻射微波放大，即MASER的概念。

1954年：受激輻射原理技術(shù)應(yīng)用被成功證明

1954年，第一臺氨分子Maser建成，首次實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其主要作用是放大無線電信號，以便研究宇宙背景輻射。美國湯斯、前蘇聯(lián)巴素夫和普羅克霉洛夫發(fā)明氮分子微波報(bào)蕩器，微波波段受激輻射放大器的研制成功證明了受激輻射原理技術(shù)應(yīng)用的可能性。湯斯由于在受激輻射放大方面的成就獲得1964年諾貝爾物理學(xué)獎。

1958年：激光時(shí)代的開啟

1958年，美國科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種神奇的現(xiàn)象：當(dāng)他們將氖光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí)，晶體的分子會發(fā)出鮮艷的、始終會聚在一起的強(qiáng)光。根據(jù)這一現(xiàn)象，他們提出了"激光原理"，即物質(zhì)在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激勵時(shí)，都會產(chǎn)生這種不發(fā)散的強(qiáng)光--激光。湯新和貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖洛在《物理評論》上發(fā)表《紅外和光學(xué)激射器》(InfraredandOpticalMaser)的論文，討論并概括了光波段受截輻射放大器的主要問題和困難，給出了實(shí)現(xiàn)光受激輻射放大需要滿足的必要條件，這篇文章標(biāo)志著激光時(shí)代的開端，也標(biāo)志著激光作為一種新事物登上了歷史舞臺。

國外激光產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程

1960年：世界上第一臺激光器的誕生

1960年5月16日，美國加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個(gè)將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。同年休斯實(shí)驗(yàn)室的紅寶石激光器發(fā)出了694.3nm的紅色激光，這是公認(rèn)的世界上第一臺激光器。

20世紀(jì)60年代：不同類型的激光器陸續(xù)誕生

1960年年中，IBM實(shí)驗(yàn)室利用CaF2中的三價(jià)鈾制成了第一臺四能級固體激光器;1960年12月，BELL實(shí)驗(yàn)室的Javan，Bennett和Herriott制成了第一臺氦氖氣體激光器;1962年，GaAs半導(dǎo)體激光器誕生;1963年，液體激光器誕生;1964年，CO2激光器、離子激光器、Nd：YAG固體激光器誕生;1965年，HCl化學(xué)激光器誕生;1966年，生物染料激光器誕生;1969年，激光開始用于遙感探測。

20世紀(jì)70年代：激光器開始于生產(chǎn)生活當(dāng)中

1971年，激光用于舞臺光影效果和激光全息影像;1974年超市條形碼出現(xiàn);1975年IBM商用激光打印機(jī)誕生;1978年，飛利浦制造第一臺激光盤(LD)播放器。

20世紀(jì)80年代：激光技術(shù)升級到全球范圍內(nèi)應(yīng)用

1983年，里根“星球大戰(zhàn)”演講，描繪了基于太空的激光武器。在1980年代后期，半導(dǎo)體技術(shù)使得更高效而耐用的半導(dǎo)體激光二極管成為可能，這些在小功率的CD和DVD光驅(qū)和光纖數(shù)據(jù)線中得到使用。1988年，北美和歐洲間架設(shè)了第一根光纖，用脈沖來傳輸數(shù)據(jù)。

20世紀(jì)90年代：激光在制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用

1990年，激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車制造;1991年，激光第一次被用作治療近視，海灣戰(zhàn)爭中第一次用激光制造導(dǎo)彈。1996年，東芝推出數(shù)字多用途光盤播放器(DVD)。在1990年代，高功率的激光激發(fā)原理得到實(shí)現(xiàn)，比如片狀激光和纖維激光。后者由于新的加工技術(shù)和20kW的高功率不斷地被應(yīng)用到材料加工領(lǐng)域中，從而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。

2000年代至今：激光產(chǎn)業(yè)鏈已逐步完善

2000年代，激光的非線性得到利用，來制造X射線脈沖(來跟蹤原子內(nèi)部的過程);另一方面，藍(lán)光和紫外線激光二極管已經(jīng)開始進(jìn)入市場。美國擁有激光企業(yè)上千家，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，在激光光學(xué)、軟件、加工解決方案、激光儀器等都有成熟的發(fā)展。目前主要企業(yè)包括Coherent、IPG、Newport、nLight、Novanta、ESI、II-VI、Aerotech、Synrad、PRC、Iradion、AccessLaser、Thorlabs等。直至2014年，美國仍然是全球第二大激光產(chǎn)業(yè)與市場區(qū)域，后被我國超越。

中國激光產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)發(fā)展階段

20世紀(jì)50年代：中國第一所光學(xué)專業(yè)研究所成立

1957年，王大珩等在長春建立了中國第一所光學(xué)專業(yè)研究所——中國科學(xué)院(長春)光學(xué)精密儀器機(jī)械研究所。標(biāo)志著我國進(jìn)入了激光研制階段。

20世紀(jì)60年代：中國激光研制進(jìn)入了快速發(fā)展階段

1961年夏，在王之江主持下，中國第一臺紅寶石激光器于長春光機(jī)所研制成功，僅在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室一年之后。1964年，錢學(xué)森院士提議取名為“激光”，既反映了“受激輻射”的科學(xué)內(nèi)涵，又表明它是一種強(qiáng)烈的新能源。20世紀(jì)60年代初，陳定昌被任命為“激光雷達(dá)項(xiàng)目”項(xiàng)目組長，該項(xiàng)目建成了世界上第一部激光雷達(dá)樣機(jī)，用詳實(shí)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，突破了“四個(gè)科學(xué)原理”的限制，發(fā)展了中國第一部全反射式激光雷達(dá)，比美國林肯實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)先多年。1964年，中國第一所，也是當(dāng)時(shí)世界上第一所激光技術(shù)的專業(yè)研究所——中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所成立。1964年，“6403”高能釹玻璃激光系統(tǒng)啟動。1965年，開始研究高功率激光系統(tǒng)和核聚變。1966年，制定研制15種軍用激光整機(jī)等重點(diǎn)項(xiàng)目。盡管早在60年代已在加工、醫(yī)療器械和測距等方面出現(xiàn)了激光產(chǎn)業(yè)的雛形，然而當(dāng)時(shí)只是零星的、分散的小量研制性生產(chǎn)，未能形成氣候。

20世紀(jì)70年代：中國激光工業(yè)出現(xiàn)短暫的停滯

改革開放前，激光產(chǎn)業(yè)的研究出現(xiàn)了短暫的停滯。直到1976年，由中科院長春光機(jī)所、長春第一汽車制造廠轎車分廠等單位合作研制的CO2激光切割機(jī)成功的應(yīng)用于“紅旗”牌轎車覆蓋件的切割上。同年，武漢的趙梓森院士團(tuán)隊(duì)拉制出具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的第一根實(shí)用光纖。1978年，中科院長春光機(jī)所采用研制的500WCO2激光器對工業(yè)上用的數(shù)種金屬材料較為系統(tǒng)的激光熱處理研究實(shí)驗(yàn)。在1978年改革開放以后，激光產(chǎn)業(yè)在中國真正得到重視并實(shí)質(zhì)性起步。

20世紀(jì)80年代：中國激光工業(yè)開始恢復(fù)工業(yè)生產(chǎn)

1980年，長春召開“全國電子束與激光束熱處理學(xué)術(shù)交流會”第一次全國性專業(yè)會議，“高密度熱處理技術(shù)委員會及”“激光加工專業(yè)技術(shù)委員會成立”。1982年，激光加工列為“七五”“十二五”國家科技重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。1983年，“全國熱處理學(xué)術(shù)交流會與攻關(guān)方案論證會”在武漢召開，包括激光器及激光熱處理工藝等若干項(xiàng)目通過方案論證，正式列入國家“六五”科技攻關(guān)課題。1987年，中國科學(xué)院上海光機(jī)所研制的神光裝置，在核工業(yè)部第九研究院合作下，經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)一年半后通過國家級鑒定。1988年武漢成立了東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)，又稱中國光谷。光谷的光電子信息產(chǎn)業(yè)已成為代表中國在這一領(lǐng)域參與全球競爭的知名品牌。在上海，很多前沿產(chǎn)業(yè)應(yīng)用大展拳腳，如汽車行業(yè)的激光熱成型切割就是非常典型的案例。

20世紀(jì)90年代：中國激光企業(yè)進(jìn)入資本化階段

1994，我國第一臺激光陀螺工程化樣機(jī)在國防科技大學(xué)誕生，我國成為世界上第四個(gè)能夠獨(dú)立研制“激光陀螺”的國家。1996年，大族激光成立，并于2004年在深圳證券交易所上市。1999年，華工科技成立。2000年，在深圳證券交易所上市，成為華中地區(qū)第一家以激光為主業(yè)的上市公司。

中國激光產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展階段

21世紀(jì)初：我國激光產(chǎn)業(yè)達(dá)到國際領(lǐng)先水平

2003年9月，在“863”計(jì)劃和中科院創(chuàng)新工程的支持下，中科院5個(gè)院所聯(lián)合攻關(guān)，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了激光全色投影顯示。2006年1月研制出140英寸激光全色顯示原理樣機(jī)并通過了相關(guān)部門鑒定，鑒定結(jié)論為總體與國際同步，色域覆蓋率國際領(lǐng)先。2004年，烽火通信繼推出激光輸出功率達(dá)100W以上的雙包層摻鐿光纖后，將該類新型光纖的輸出功率成功提高至440W，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，是我國在高功率激光器用光纖領(lǐng)域的重大突破。

“十一五”期間：激光技術(shù)成為中國長期發(fā)展計(jì)劃

2006年，激光技術(shù)列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》，成為中國未來15年重點(diǎn)發(fā)展的八項(xiàng)前言技術(shù)之一。2007年，武漢銳科激光成立，通過技術(shù)研發(fā)打破了光纖激光器領(lǐng)域技術(shù)依賴與價(jià)格壟斷，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，迫使同類進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格下降50%。2011年，《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南(2011)》將激光加工技術(shù)及設(shè)備列為當(dāng)前應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的21項(xiàng)先進(jìn)制造高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

“十二五”期間：我國激光技術(shù)已經(jīng)趕超歐美

2012年，《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出加快推進(jìn)激光顯示等新一代技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

2012年，華工科技與武漢銳科激光共同研制出4kW光纖激光器，成為全球第三個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的光纖激光器企業(yè)。2014年，國防科技大學(xué)激光陀螺技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的高水平激光陀螺全閉環(huán)研發(fā)體系，研發(fā)與應(yīng)用水平達(dá)到了國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平。2015年，中科院上海光機(jī)所研制的10PW(千萬億瓦，拍瓦)級超強(qiáng)超短激光裝置，實(shí)現(xiàn)了1PW激光脈沖輸出。

2016年，中國首次實(shí)現(xiàn)了“高功率光纖激光器”核心器件全國產(chǎn)化目標(biāo)，汽車制造中的高質(zhì)高效激光焊接、切割關(guān)鍵工藝及成套裝備”項(xiàng)目，打破了40多年的國外壟斷。12月，上海超強(qiáng)超短激光裝置(SULF)項(xiàng)目在上海浦東張江開工，目標(biāo)是建成世界首套10PW超強(qiáng)超短激光裝置。2016年8月，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了200J以上能量水平的寬帶激光放大輸出，驗(yàn)證了時(shí)域雙脈沖泵浦技術(shù)抑制大口徑鈦寶石放大器寄生振蕩的可行性。目前，該裝置已基本建成并部分進(jìn)入試運(yùn)行狀態(tài)，用戶平臺已搭建完成并開展測試實(shí)驗(yàn)，正逐步驗(yàn)證驗(yàn)收指標(biāo)。

“十三五”期間：我國激光產(chǎn)業(yè)不斷取得關(guān)鍵性突破

2017年，《“十三五”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》提出開展激光器標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高性能激光器及核心關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化與產(chǎn)業(yè)化。2019年7月，南京理工大學(xué)朱日宏、沈華教授承擔(dān)的2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“工業(yè)級大功率光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”(項(xiàng)目編號：2017YFB1104400)中的子課題“3萬瓦級光纖激光器用光閘的研制”所研制的萬瓦級光閘樣機(jī)在武漢銳科光纖激光技術(shù)股份有限公司通過了樣機(jī)的性能測試。2019年12月，科技部科技評估中心在北京組織召開國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)“高端全息光柵研發(fā)”項(xiàng)目綜合驗(yàn)收會，項(xiàng)目順利通過驗(yàn)收。2020年，中山大學(xué)蔡鑫倫教授團(tuán)隊(duì)與國家信息光電子創(chuàng)新中心肖希博士團(tuán)隊(duì)合作，在超高速電光調(diào)制器芯片的研究中取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了世界首例可用于數(shù)字相干光通信的高性能鈮酸鋰薄膜電光調(diào)制器芯片。

“十四五”期間：我國激光產(chǎn)業(yè)成為工業(yè)發(fā)展的增長引擎

2021年，《基礎(chǔ)電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃(2021-2023年)》提出重點(diǎn)發(fā)展高速高精度光探測器、高速直調(diào)和外調(diào)制激光器、高功率激光器。2021年6月21日，我國首臺X射線自由電子激光裝置——上海軟X射線自由電子激光裝置成功獲得首批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，首次獲得飛秒尺度的“水窗”波段X光照片，成為國際上僅有的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)“水窗”波段相干衍射成像實(shí)驗(yàn)的自由電子激光裝置之一。如今在武漢、上海、深圳等地激光技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用已和國際領(lǐng)先水平接軌。而這幾年在溫州、鞍山等地也陸續(xù)建成了激光產(chǎn)業(yè)集群。

參考資料：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國激光產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》