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    我国激光技术与应用发展现状分析

    发布时间:2020-07-14 浏览数:

        (一)我国激光技术科研主要力量集中在科研院所和高等学校,企业相对较弱科研院所和高校是我国激光器系统科学技术研究的主要力量,包括中国科学院、各个军工集团和中国工程物理研究院的多个研究所和华中科技大学、清华大学、国防科技大学等。据《2019中国激光产业发展报告》统计,目前我国与激光相关的30个国家级科研平台(包括1个国家实验中心、14个国家重点实验室、5个国家工程研究中心、10个国家工程技术研究中心),仅有精密超精密加工国家工程研究中心和国家半导体泵浦激光工程技术研究中心建在企业,其他28家均依托科研院所和高校建设。


        高校和科研院所承担了大部分国家计划的激光科研攻关项目,企业占比很小。2017年,国家自然科学基金资助与激光紧密相关的项目有415项,资助经费近3亿元,中国科学院半导体研究所等4家科研院所和西安交通大学等6家大学位列资助经费额度的前10位,占总支出额的44%。2017年国家自然科学基金支持光电领域重大科研仪器研制项目为26项,总金额约为1.8亿,依托单位为14家大学和8家科研院所。


        相比较而言,我国企业在开展激光科研方面力量相对较弱,获得国家科技计划资助也相对较少。一方面这反映出我国企业科研实力、科研基础相对较弱,无法与高校和科研院所竞争;另一方面也说明目前激光领域资助项目来自产业前沿较少,问题较为基础,风险较大,与产业关联较弱,企业兴趣不大。


        (二)我国激光科研领域覆盖面广,总体技术水平还不够高


        在前沿科研方向领域中,新型半导体激光器、超快超强激光器、深/极紫外激光器、高能固体激光器和自由电子激光器领域是主要方向,具有以下几个特点:第一,在反映激光本质的频域特性(超短波、超长波、可调谐、单频、宽光谱等)、时域特性(超快、超强峰值等)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,有着重要的应用需求,且目前的性能距离应用需求尚有一定差距;第三,预示着激光技术的重要发展趋势和方向(往往包含着新材料、新结构、新原理、新体制的发现和发明)。前沿激光技术是关系到占领未来科技战略制高点的关键技术之一,是国际上各国激烈竞争的焦点。当前,我国科技计划对上述前沿激光技术方向都有一定的规划布局和支持,总体上说,大部分研究方向与世界先进方向有一定差距。


        在智能制造领域,我国激光制造已成为过去十年先进制造领域发展最快的方向之一,但大部分技术还处于跟踪国外先进水平的阶段。无论微纳制造、宏观制造,还是金属、非金属及生物增材制造,均形成了一定特色,部分技术国际领先。然而,与先进国家相比,仍在多方面处于落后地位:缺乏原创和能对经济社会发展产生革命性、突变式进步的技术,大部分处于跟踪的阶段;高品质高稳定激光器、激光加工头和外光路系统主要依赖进口,系统集成的智能化欠缺;某些核心技术如控制软件、特种光纤等,一直难以取得突破,制约了激光产业核心竞争力的提升。


        在信息领域,与我国移动通信和数据通信市场的领先发展同步,我国光纤通信的科研和产业化开发等达到世界先进水平。在无线空间激光通信方面,我国在2016年12月底至2017年1月中旬利用“墨子号”量子卫星成功开展了“星地高速相干激光通信载荷”在轨测试,总体上处于跟进状态。激光显示已具有坚实基础,建立了从核心光学材料与器件、半导体与全固态激光器至整机集成的完整技术链,总体上与发达国家处于同一水平,其中投影式激光显示技术已取得突破,产业规模已经领先于国际水平,具备加速发展条件。


        在医疗领域,近年来激光医疗的基础研究和技术创新迅速增长。2019年,在82项自然科学基金资助国家重大科研仪器研制项目中,16项与激光医学相关,金额为11 857.87万元,占总体资助金额比例约为20.44%。光动力疗法(PDT)、弱光治疗等部分激光医疗技术的基础及临床应用水平已处于国际领先水平。但我国激光医疗产业以中小型民营企业为主,缺乏真正来自临床的需求牵引,“拿来主义”比较典型,临床难以对激光器提出更高标准的需求,生产指标不针对医疗需求,导致激光医疗设备大量依赖进口,特别是用于精准诊疗的超快激光器等关键技术和高端设备被国外垄断。另外,与国外相比,激光医疗器械注册审核要求过严,周期过长,影响了新产品研发,2016—2018年中国仅有18项国产激光医疗器械得到上市许可,而同期美国则有100项。


        在国防领域,经过几十年的艰苦努力,我国激光武器技术总体上与国际先进水平接近。在安防领域,特别针对低空安保与反恐维稳对小型多旋翼无人机的拦截需求,中国久远高新技术装备有限公司等于2014年在世界上率先研发“低空卫士”激光拦截系统,总体上处于国际先进水平。


        (三)我国激光应用产业快速发展,国际竞争力快速提升,但高端、原创产品仍不多


        我国激光应用产业快速发展,大规模的激光企业已遍布华东、华南、华北、东北、华中及西部地区。据《2019中国激光产业发展报告》统计,我国在26个城市已有激光产业基地(园区)37个,2011年到2018年激光设备销售收入提高了5倍多,涌现了大族激光科技产业集团股份有限公司、华工科技产业股份有限公司等一批有世界竞争力的激光企业。


        经过多年的努力,我国激光企业在中低端激光产业上已站稳脚跟,但在高端技术水平的产业和高端核心部件上与世界先进水平仍有较大差距;在产品上,跟随型产品居多,我国原创或首创性的产品相对较少。


        未来我国激光产业仍将快速发展。第一,随着传统产业的技术升级、产业结构调整、节能环保要求提升以及个性化需求的发展,我国激光制造设备产业将面临更大的发展前景;第二,激光光纤通信、激光显示、激光存储等信息应用有着巨大发展空间,激光雷达、激光无线通信等也将随着无人驾驶等应用的发展而加快;第三,激光医疗装备产业发展方兴未艾,未来将随着与可穿戴设备的融合,在慢性病的日常监测和防治中发挥更大的作用。


        (四)我国激光应用产业更快更好发展还面临一系列制约因素


        (1)缺少制度性的顶层统筹谋划和长远规划。激光技术与应用涉及多个领域,覆盖面广,在国家顶层没有定期进行统筹规划和发展评估的制度性安排,一定程度上影响了协调发展的速度。


        (2)支撑激光产业发展的基础研究(如支撑新产品研发的新机理、新机制、新工艺)不够,导致原创性激光产业稀少。主力科研机构有人力、设备,但不了解真正的需求,企业因风险高导致意愿低、投入少、能力弱,从而使产业基础研究进展缓慢、效果欠佳,很难催生原创性产业。


        (3)关键共性技术供给不足。关键共性技术研发创新体系尚未建立,组织机制不健全,政策支持不连贯,经费投入不足,成果共享和推广应用机制亟待完善。


        (4)“产学研用”协同创新不够。我国激光技术研发的主力在科研院所和高校,与企业及园区的关联度都不高,技术研究成果对产业的转化和支撑明显不强。


        (5)产业发展政策有待加强。在医疗领域尤其突出,我国医疗器械的注册和认证法规导致前期研发、检测认证、临床及审批取证需要巨大的资金成本和时间成本,不利于鼓励创新型激光医疗器械的推广和应用,也与激光技术快速发展的实际不符。


        (6)专业人才培养覆盖不足。激光应用是典型的交叉学科应用,在当前的教育体系中,机械制造行业、信息行业、医疗行业等相关专业的教育中往往欠缺激光技术的内容,对激光技术新产品在该行业的渗透和发展不利,影响激光装备和产品效能的发挥。(来源:战略前沿技术)


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