1960年，世界上第一臺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戰略高技術發展列入國家計劃：美國制定了21世紀激光科學與工程的發展規劃，日本制定了光子工程發展規劃，德國制定了光技術促進計劃，北歐諸國制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，觀眾一定會感到更為震撼！”許祖彥院士如是說。從上世紀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年后，我國第一臺激光顯示樣機誕生，正是這項技術，在2008年北京奧運會和2010年上海世博會上，贏得了國外同行的贊譽。
2010年8月，第十九屆BIRTV展觀眾體驗激光3D電影。
2010年11月，中視中科參加武漢光博會，觀眾排隊等候入場體驗激光電影。
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，小到視網膜脫落后的治療，大到汽車、鉆井機、飛船制造過程中的切割、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、激光先進制造、激光醫療、微加工等關乎民生的方方面面，取得了令人矚目的成績。在剛剛舉行的“十一五”國家重大科技成就展上，激光電視、激光數字影院、大型復雜激光放大器、工業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，吸引了無數驚嘆的目光。
值得一提的是，人工晶體材料的研究成果為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材料和激光器的研究給予了持續而有力的支持，從最早支持材料科學與技術研究，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，又支持器件的產業化，863計劃見證了我國在人工晶體和激光器領域所取得的一個又一個驕人的“國際領先”，也留下了 “產、學、研、用”相結合的寶貴經驗。
第一章 人工晶體，促進全固態激光器發展
我不入地獄，誰入地獄！
1974年，福州，全國晶體生長學術會議。
參會的專家學者深刻認識到：現在世界上所有的非線性人工晶體材料都是國外發現的，我們總是跟著國外走，這樣下去是不行的。但當時所有晶體材料都是像貝爾實驗室那樣的國際頂尖的科研單位研制出來的，對于中國人是否有能力做出自己的晶體，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！”。會后，物構所的研究人員熱情高漲，決心一定要做出中國人自己的晶體材料。文革結束后，1977年陳創天被當時物構所所長盧嘉錫院士任命為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材料的探索。
1979年，他們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。在此基礎上，又經過3年的努力，終于確定BBO晶體是一種應用價值很高的紫外非線性人工晶體。
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議上作了有關我國BBO晶體非線性光學性能的報告，引起了轟動。這次會議后，BBO晶體正式被國際學術界認可為一種優秀的非線性人工晶體。兩年后，他們又發明了三硼酸鋰（即LiB3O5簡稱LBO）晶體。由于BBO、LBO晶體首先由中國科學家發明，而且性能優異，應用前景看好，因此在國際上被譽為“中國牌晶體”。
1986年，BBO晶體獲中國科學院科技進步特等獎。1990年，LBO晶體獲中國科學院發明一等獎；1991年獲國家發明一等獎。BBO、LBO晶體還分別于1987、1989年獲美國光電子產業界頒發的十大光電子產品獎。
這兩種晶體作為激光頻率轉換晶體材料已經在激光高科技產業中得到廣泛的應用，是最具有工業應用價值的三種非線性人工晶體中的兩種。另一種磷酸鈦氧鉀KTiOPO4晶體（簡稱KTP）是美國杜邦公司發明的，但我國攻克了KTP晶體熔鹽法關鍵生長技術。1986年，在山東大學蔣民華院士的主持下，KTP晶體作為我國第一個高科技產品出口到先進工業國家，是當時高技術產品“零的突破”，25年來，KTP晶體生長技術不斷改進，質量提高、價格降低，使KTP晶體得到普及應用，有力地促進了中低功率激光產業的發展。
以光學超晶格為代表的微結構光學晶體是一種新型非線性光學材料，以這種晶體研制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、高技術和工業應用方面發揮獨特作用。南京大學閔乃本院士研究組基于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制；包括光學超晶格在內的“介電體超晶格材料的設計、制備、性能和應用”的研究成果獲得2006年國家自然科學一等獎。基于光學超晶格的全固態激光器有可能作為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。
先進的人工晶體要為我所用！
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材料優勢轉化為激光器件優勢，推動激光高技術產業的發展。從那時起，產業化成為人工晶體研究者要思考的另一個問題。
我國在人工晶體領域已經走在世界前沿，但如果僅靠出口晶體賺錢，非常不劃算。因為晶體的發明周期太長，沒有10年時間，不可能獲得可供應用的新晶體。
“如果直接將我們用10年乃至更長時間的心血發明的晶體出口到國外，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，也是我國人工晶體產業化的先驅之一，在他的倡導下，我國人工晶體走向世界。但我們以低廉的價格出口人工晶體的同時，卻以相差百倍、千倍的價格進口激光器。這樣的現實使我國的人工晶體科學家開始思考怎樣扭轉這種不利局面，如何開創我國人工晶體和激光器發展的新面貌。
他們提出了目標——先進的人工晶體要為我所用！
上世紀90年代，我國逐漸開始進行人工晶體的產業化。第一塊BBO晶體的報道發表于1984年，但1985年我國才有專利法。繼BBO之后的LBO擁有了專利，這也是我國第一個有自主知識產權的非線性人工晶體。1990年，中國科學院福建物質結構研究所創辦了國內第一家晶體公司——福晶公司。今天，福晶公司已經發展成全球最大的人工晶體材料及器件出口公司，年出口額過億，并已成功上市。
在國家相關科技計劃，包括863計劃的支持下，在BBO、LBO晶體產業化后，陳創天院士和他的研究團隊并沒有停止研究的步伐。他們針對這兩種晶體不能實現深紫外（指波長短于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。這一發明彌補了BBO和LBO兩種晶體不能實現深紫外倍頻光輸出的缺陷，從而把非線性人工晶體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制出能量分辨率優于毫電子伏特的超高分辨率光電子能譜儀，可以說，沒有KBBF晶體和棱鏡耦合技術就不可能有超高分辨率光電子能譜儀，也不可能發展具有我國特色，以深紫外激光器為基礎的紫外科學儀器系列及相關的高水平研究工作。
2009年2月，《自然》以《中國“藏匿”的晶體珍寶》為題報道了中國人工晶體的成就：“中國在KBBF晶體上的壟斷地位并不是一個偶然，當其它國家的材料科學家和固體物理學家面對著一種資金匱乏，投入短缺的科研狀況的時候，他們的中國同行卻悄然占領了一系列廣闊的材料研究領域的制高點”；“其他國家在晶體生長方面的研究目前看來是無法趕上與中國的這個差距的”。
在國家長期的支持下，中國的人工晶體研究厚積薄發，從模仿、跟蹤到逐步走上獨立自主發展功能晶體的道路，成為我國數量逐步增多、具有國際領先水平的科學研究領域之一。2010年8月參加在北京舉辦的第16屆國際晶體生長會議的1100多位各國代表高度評價中國晶體生長的成就；這次會議是我國人工晶體全面走向世界的標志，也是我國人工晶體和激光產業結合，走向實用化產業化的新起點。
中國高水平的人工晶體為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計劃以產業需求帶動技術發展為目標，重點部署了激光投影顯示技術、工業激光加工系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系列化全固態激光器件及配套的人工晶體、大功率半導體量子阱材料與器件批量生產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制造、激光顯示與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。
從理論上來說，激光顯示技術是以三基色激光作為顯示光源，具有色域范圍廣（2倍于陰極射線管顯示器、液晶的色彩再現能力）、高色飽和度、壽命長（數萬小時）、環保、節能等優點，將導致顯示系統綜合性能的革命性提升。因此，國際顯示業認為激光顯示是“人類視覺史上的一次革命”。
縱觀顯示產品發展的歷史，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，并指出激光顯示技術是顯示技術發展的重大方向。他與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單位向國家建議發展具有自主知識產權的激光顯示技術。
“我之所以研究激光顯示技術，是源于我多年的一種糾結。”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，我下定決心要造出一臺樣機來，讓人們觀看，大家公認好看，才算是好。事實證明，激光顯示器確實好，值得產業化。”
我國第一臺激光投影顯示器樣機的成功研制，使得對激光顯示器的評價不再停留在理論層面，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，我國又研制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系統。該系統顯示出色彩艷麗、圖像清晰的動態畫面，整體技術達到國際先進水平，單元技術達到國際領先水平。2008年，我國研制出具有自主知識產權的高亮度激光投影產品，并成功在數字影院和北京奧運會獲得商業應用，領先國際同類產品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），并通過了CE（歐盟認證）、FCC（美國聯邦通訊委員會）等國際認證，在上海世博會中國館大顯身手，在產業化道路上又邁出了堅實的一步。
國產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制。這是全固態激光器在醫療領域的重要應用。
“我們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后。去年一共做了2000多例。這么大的治療量，之前進口的機器用了一年就不行了。現在這里的5臺機器都是我國863計劃研制的，5臺機器同時開，每天工作10個小時，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醫院所用的國產機器正是“全固態激光治療血管瘤設備”。這是我國首臺具有完全自主知識產權、國際領先的全固態連續激光治療設備，為應用首選方法——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”不同于以往用銅蒸氣激光或倍頻燈泵YAG（石榴石）激光等作為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、體積小、低功耗、啟動快的優點。
高穩定性抗損傷光學薄膜制備技術、諧振腔設計、中央控制主機軟件的設計、專家輔助決策系統以及故障模式、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，獲得多項發明專利授權。
我國首次實現藍綠雙光源連續輸出的、適于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，并已擁有完全自主知識產權。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，是迄今為止我國首臺用于鮮紅斑痣治療、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”的成功研制，不僅標志著由我國獨創的、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、完全自主知識產權的全固態連續激光治療設備，同時還標志著臨床應用研究、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水平具有重要意義。
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