
ABF晶体制成的光学器件。(中国科学院新疆理化所供图)一根肉眼看不见的超细“光针”,朝一个方向,能量高度集中。一束激光,能有多神奇?中国工程院院士、应用光学专家姜会林说:“它是最快的刀、最亮的光、最准的尺。”
生活中,它是轻轻一按,直达目标物的激光笔;生产线上,它是切割的利器;通信领域,它是连接天地的光速桥梁;医疗领域,它可以精准切除肿瘤;战场上,它是“光之利刃”……
120Gbps(吉比特每秒),中国星地激光通信传输速率刷新纪录;35万公里,首次实现地月空间卫星激光测距;激光除草具身智能机器人亮相,要批量生产……不到一个月时间,就有这么多创新成果面世。
济南,国内最大的激光加工装备产业基地,华北地区激光产业“核心增长极”,一座冉冉升起的激光产业新城,正着力打造“中国激光第三极”,底气何在,路有多宽?
宽带从“双千兆”向“双万兆”升级
也许我们真的无法准确预测,科技创新能给我们的生活带来哪些改变。一如我们离开片刻便会坐立不安的手机,从4G到5G,上传下载文件、视频,似乎已不是什么大问题,这背后是新型信息基础设施建设的跨越式发展。
曾几何时,百兆宽带是各大通信运营商的卖点,而今,全国千兆宽带用户已达2.4亿户,全国三分之二的地市达到千兆城市标准;日前工信部又明确,启动实施“宽带升级”专项,开展新一轮万兆光网试点。
这标志着我国宽带网络发展将从“双千兆”,向“双万兆”(5G-A与万兆光网)全面演进升级,这意味着,万兆宽带下行接近10Gbps,上行接近1Gbps,将用户带宽提升10倍,可轻松承载8K超高清视频、云游戏、VR/AR等高带宽场景需求。
也许有人还会发出从4G到5G时的灵魂拷问,就是上个网,我们需要那么快吗?单纯从个人的角度来讲,也许不需要,但它对产业发展创新太重要了,可为发展新质生产力、推进新型工业化构筑更为强大的数字底座。
已实现星地激光通信速率“超百G”
如此超前的通信基础设施布局,我们的技术创新能够支持吗?如果单纯从激光通信领域来看,绰绰有余。日前中国科学院空天信息创新研究院宣布,他们成功开展了超百G星地激光通信业务化应用实验,通信速率达到120Gbps。
这是该项目团队继2023年10Gbps、2025年60Gbps之后取得的又一突破,标志着我国星地激光通信业务化应用能力迈上一个新台阶。这种技术进步速度,是不是很符合摩尔定律?该定律认为,集成电路上可以容纳的晶体管数目,大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之,处理器的性能大约每两年翻一倍,同时价格下降为之前的一半。
该项目团队技术负责人李亚林解释说:“若将星地激光通信比作在湍急的河流上架桥,10Gbps传输相当于铺设单车道桥梁,结构相对简单;而120Gbps传输则相当于建设多车道高速大桥,不仅要求架设速度快以实现快速连接,更要在多车道并行下保障极高的通行效率,其工程实现难度呈几何级增长。”
“激光炮”远程清障和手术切割
“普通通信传电影如果需要半小时,激光通信3分钟就完成!”姜会林用如此鲜明的数据对比来说明激光通信的优势,以及会给百姓生活带来的改变,在他眼里,这项技术就是“信息高速公路”,不仅传输速率是传统方式的10倍,更有着保密性极强、抗干扰能力突出这两大“硬核优势”。
而事实上,激光给当今生产生活带来的改变,远不止通信领域。激光,一种通过受激辐射过程产生的高强度、高方向性、高单色性和高相干性的光束,因具有高效率、无污染、高精度、热影响区小等优点,正加速向各行业渗透。
在钢铁、化工、汽车、航空、航天、海洋工程、微电子、新能源、新材料、生物医疗、农业、国防科技等领域,激光已成为现代高端制造最先进的基础性技术之一。在工业领域,如材料切割、焊接、打孔、表面处理、快速成型等过程中,激光技术通过软件来控制轨迹,属于非接触加工,稳定性和寿命比较好。
在现代医学中,光学成像、激光切割技术成为诊断和治疗的重要工具,用激光手术切割肿瘤,用内窥镜深入人体内部,为医生提供了前所未有的视角和精准度。在生产生活中,激光技术应用在智能激光除草、激光育种等方面,成了田间的“黑科技”。“激光炮”远程清障,一键远程砍树,还能轻松处理电网上的风筝、防尘网、塑料薄膜等飘挂物隐患,保护电网安全。
“宇宙手电筒”激光测距和精准除草
也许正是因为激光技术应用广泛,相关创新才层出不穷,一日千里。日前,一款全新的激光除草具身智能机器人,在上海市农业科学院庄行综合试验站首发亮相,该创新产品结合AI视觉与激光技术,可实现零农残、高精度、全天候地非接触式除草,助力现代农业降本增效和绿色转型。
中国科学院云南天文台则利用1.2米望远镜新升级的近红外月球激光测距系统,成功探测到距地约35万公里的DRO-A卫星激光回波信号,标志着我国首次实现地月距离尺度的卫星激光测距。这相当于科学家们用一个精准的“宇宙手电筒”照向35万公里外的卫星,通过计算激光反射回来的时间,像用尺子量距离一样测出了卫星距地面站的距离。
中国科学院新疆理化技术研究所日前宣布,成功创制出一种名为氟化硼酸铵(ABF)的新型晶体,并利用它获得了波长为158.9纳米的真空紫外激光。这一突破为开发紧凑、高效的全固态真空紫外激光器提供了关键材料,未来有望在精密制造、前沿科研等领域大显身手。
华北地区激光产业“核心增长极”
在激光领域,济南也在全面发力。2025年底,济南举办了一场高级别的激光产业头脑风暴会——先进固态激光、功能材料及高端应用研讨会,九位两院院士参加!还有全国29家研究所、38所高校的百余位国内外知名学者,以及3所医疗机构、29家企业代表,产学研用,都齐了。
中国科学院院士祝世宁在会上说:“先进激光技术是国家战略科技力量的重要组成部分,而固态激光技术更是全球科技竞争的制高点之一。”济南正凭借深厚的产业积淀与完善的生态布局,在全国激光产业版图中占据重要地位。
中国光学光电子行业协会副秘书长程慧云介绍,济南正在成为华北地区激光产业的“核心增长极”,填补我国北方高端激光装备制造与国际合作的空白,这是济南在全国布局中的独特定位;济南加速打造“中国激光第三极”,能够深切感受到济南在全国激光产业布局中的分量持续提升。
从1985年济南铸锻所研制出中国第一台激光切割机,到如今成长为全国重要的激光加工装备产业基地,济南激光产业已实现从单点突破到集群发展的转型。济南市科技局党组书记、局长黄波介绍,济南已构建起覆盖激光外延材料、元器件、激光器等全链条的产业生态,300余家激光相关企业中,核心企业50家,规上企业98家,形成了独具竞争力的产业集群。在大功率激光加工设备、中小功率泵源等领域,济南技术水平位居全球前列,出口规模稳居全国第一。(济南日报·爱济南记者 刘彪)


◎全国激光五大产业带
华中
以武汉为代表,聚焦光电子全生态
华南
以珠三角为代表,主打消费电子激光应用
华东以长三角为代表,侧重精密激光器件西部
以西安为代表,发力光子传感华北
以环渤海为代表,济南填补我国北方高端激光装备制造与国际合作的空白
信息来源:中国光学光电子行业协会
◎济南激光产业概览
●产业链条覆盖:激光外延材料、元器件、激光器、激光加工装备制造、激光通信、激光探测与监测及辅助类晶体材料、应用服务等全产业领域。
●行业产业规模:约200亿元,是国内最大的激光加工装备产业基地,相关企业约300家,其中规模以上企业98家,亿元以上企业28家。
●技术实力:大功率激光加工设备领域处于全球领先水平,万瓦级光纤激光切割设备出口规模居全国前列。
●科研实力:国家重点实验室1家(山东大学晶体材料国家重点实验室)、省重点实验室4家(华光光电子山东省半导体激光器技术重点实验室、齐鲁中科光物院山东省固体激光重点实验室、山东省科学院激光所光纤传感技术省重点实验室、山东师范大学光学与光子器件技术省重点实验室)、国家企业技术中心1家(华光光电子技术中心)
●招商引资:近年来吸引大族激光、宏石激光、华工科技等国内知名激光企业在济南设立生产基地。
◎济南激光产业龙虎榜
●济南邦德:激光切割机销售量连续6年全球第一
●济南金威刻:美国市场占比最大的中国激光机品牌
●济南森峰:稳居长江以北最大数控激光设备制造企业行列
●鼎点激光:自主研发的大功率激光管材坡口切割技术打破国外垄断
真空紫外激光是什么“光”?
激光技术被誉为20世纪“四大科技发明”之一。中国科学院新疆理化技术研究所研制出氟化硼酸铵(ABF)晶体,首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出,创造了该领域世界最短输出波长纪录。那么,真空紫外激光是什么“光”?
想象一下手电筒的光:柔和而四散,照亮着前方。激光,就像一束训练有素的光——所有光粒子步调一致,朝着同一个方向前进,能量高度集中。这种特性让激光能完成普通光做不到的“精细活”,从超市扫码器到医院手术刀,从光纤通信到舞台灯光秀,背后都有它的身影。
那么,真空紫外激光又是什么?如果把光比作一个大家族,那么不同颜色的光就对应着不同的波长。我们熟悉的可见光,波长从长到短分别是红橙黄绿青蓝紫,但这只是其中一小部分——在紫色光之外,还有波长更短的紫外光,而真空紫外激光则是紫外光中波长最短的,其波长不足200纳米。
为什么真空紫外激光如此特别?一是能量超高:波长越短,光子能量越强。真空紫外激光如同光的手术刀,能进行原子级别的精密操作。二是“怕空气”:这种激光在空气中极易被吸收,通常需要在真空环境中工作,因而得名。三是制造极难:要产生如此短波长的激光,需要特殊的光频率转换器——非线性光学晶体。
中国的突破在哪里?过去30多年,只有一种晶体(KBBF)能通过非线性光学晶体的直接倍频技术产生200纳米以下的激光。近日,我国科学家成功研制出氟化硼酸铵(ABF)晶体,首次实现158.9纳米的激光倍频输出,创造了该技术手段的世界最短波长纪录。
它会改变什么?在前沿科研领域,助力超导机理、化学反应机理研究等尖端领域;在精密制造领域,实现纳米级超高精度加工;在空间通信领域,为未来卫星通信提供新可能。总之,这项突破,让我们在探索微观世界和尖端技术的道路上拥有了更强的中国制造“利器”。(崔兴毅)
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