东莞理工学院为什么院士走了

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东莞理工学院为什么院士走了

古人20岁行冠礼，以示成年，称之为“加冠”。

12月9日，松山湖建园20周年“改革、创新、再出发”大会落幕。松山湖，这片承载东莞“二次创业”的创新乐土，也正式“加冠”，开启由“园”到“城”的根本性转变。

凡是过往，皆为序章。20年前，东莞开启“二次创业”，划出寮步、大朗、大岭山三镇接壤处成为松山湖，成就松山湖，迈向科学城。

所有将来，皆是可盼。散裂中子源二期、先进阿秒激光两项重大科技基础设施项目将启动建设，大科学装置引领，松山湖科学城的集中度显示度大幅提升。

20年沧桑巨变，松山湖蝶变成长。在大湾区综合性 科学中心先行启动区（松山湖科学城）的 战略下，松山湖科学城将持续构建“源头创新、技术创新、成果转化、企业培育”的全链条、全要素创新体系，服务 战略需求，助力东莞从“ 工厂”迈向全球科创高地。

“加冠”礼： 两大重大科技

设施将启动建设

院士前脚刚走，高层次人才纷至沓来……最近10多天，松山湖有点“热”。气温适宜，热的是科创氛围。

2021粤港澳院士峰会、东莞高层次人才活动周、2021国际复合材料科技峰会接连举行，从院士峰会的大咖纵论科学城建设，如何和北京怀柔、上海张江、安徽合肥三大科学城“一较高下”，到众多人才齐聚，开展一系列科技成果对接活动，再到最新的材料研究——松山湖科学城成为东莞最“热”的地方，也成为近期湾区科创人才最为集聚之地。

12月9日，松山湖建园20周年“改革、创新、再出发”大会正式启动，散裂中子源二期、先进阿秒激光两项重大科技基础设施项目将启动建设，一大批重大产业及高校合作项目签约。

松湖水潋滟波荡，回荡着院士 的余音袅袅，倒映着松山湖建园20周年建设者的身影。

“中国散裂中子源即将启动二期工程建设，未来谱仪数量将在目前基础上扩建到20台左右，打靶功率将从100千瓦提升到500千瓦，设备实验能力进一步提升，满足国内外更多用户需求。”中国科学院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生表示，中国散裂中子源将为前沿科学研究、 重大需求和国民经济发展提供更先进的研究 ，为 实现高水平科技自立自强作出更多贡献。

纵观国内外 科学中心，大科学装置集聚建设是普遍规律。过往数年，中国散裂中子源一直处于“单打独斗”的状态。先进阿秒激光设施将成为继散裂中子源之后，又一落户松山湖科学城的 重大科技基础设施项目。

“先进阿秒激光设施”的科学目标是建设国际最先进，波段、性能以及应用终端覆盖 ，以阿秒时间分辨为 特点的综合性超快电子动力学研究设施。

中科院物理所研究员、松山湖材料实验室副主任冯稷表示，设施建成后将能够同时从阿秒时间尺度和纳米空间尺度全面揭示自然界存在的内壳层电子、价电子、自由电子等电子形态运动规律以及与电子耦合的作用机理，实现对超快电子运动的跟踪测量和操控，为包括高温超导、量子计算、癌症治疗等多个重大基础科学问题的突破提供强劲助力。

巍峨山下，松山湖畔，继中国散裂中子源2018年正式运行以来，松山湖科学城再度新增大科学装置，松山湖科学城的显示度集中度将因此而大幅提升。松山湖大科学装置的集聚效应将持续显现。

在此之前，自2018年建成投入运行以来，中国散裂中子源已经先后服务全球超过2600个用户，完成重要原创性课题超过600项，为航空发动机单晶叶片和轴承、深海潜水器、高铁轮轴系统等大型工程部件残余应力和服役性能检测提供了关键技术支撑，也是新能源锂电池与储氢材料以及半导体芯片等材料检测不可替代的研究 。

只是“序章”： 从 区到科学城

在松山湖建园20周年的活动上，东莞松山湖国际机器人研究院有限公司董事长李泽湘荣获“松山湖20年 贡献人物”荣誉称号。

距离举行活动不远处的松山湖国际创新创业社区里，2018年投建的松山湖国际机器人产业项目即将投入使用，最多可容纳100多个创业团队进驻孵化。这将为松山湖重点发展的主导产业机器人企业提供集聚发展之地。

早在2014年，香港科技大学教授李泽湘就来到松山湖，由此开启了松山湖机器人产业的发展之路。

当年，他联合长江商学院副院长甘洁、香港科技大学工学院原院长高秉强一起发起松山湖机器人产业基地。2015年开始，基地与东莞理工学院、广东工业大学、香港科技大学四方合作共建粤港机器人学院。

“这里的年轻人打造一个新的科技产品，迭代速度可能比硅谷、欧洲要快5至10倍，而成本却大概只需要它们的1/5至1/4，构筑起 优势。”李泽湘很看好东莞松山湖的创业环境。

目前，机器人基地已孵化了多个独角兽/小独角兽科技企业，如推动香港“机器换人”的3C产业自动化解决方案的李群自动化、生产“网红”拖地机器人的云鲸智能、研发箱式仓储机器人系统的海柔智能、研发纯电力船外机的逸动、亚马逊日本智能家电海外榜排行前三的卧安科技等。

这是松山湖机器人产业发展的一个缩影。20年来，松山湖围绕新一代信息技术产业、生物产业、新材料产业、机器人与智能装备产业以及现代服务业构建多元发展、多级支撑的现代产业体系，拥有生物医药、新材料、集成电路企业均超过300家，先进制造业和高技术制造业增加值占比近90%。

人才是 资源。时至今日，松山湖已集聚超过50名院士、68名 人才、3万名高层次人才参与科学城建设。

从战略性新兴产业集聚发展，为东莞经济发展转型升级积累宝贵经验，到实施创新驱动发展战略，中国散裂中子源等一批大科学装置落地，院士等高层次人才在此集聚发展……20年时光，松山湖在时代的潮流中奔涌向前，一步步抢抓机遇，自我蜕变，进阶前行。

从2001年东莞成立松山湖科技产业园区，到2010年升格为 产业开发区，到2015年跻身珠三角 自主创新示范区，再到2020年松山湖科学城正式纳入大湾区综合性 科学中心先行启动区……作为东莞转型升级、创新发展的重大布局，始建于2001年的松山湖，一路走来，在不断地超越自我中阔步前行

40余年前，在改革开放的春风中，位居广深两座超级城市之间的东莞，崛起于全球供应链的重要一环；2001年，东莞投子未来，“二次创业”，松山湖用20年的时光，从科技产业园区到正式纳入 战略，“源头创新、技术创新、成果转化、企业培育”的全链条、全要素创新体系加速育成，科技创新呈井喷之势，成为大湾区科技创新的重要一环，成为中国科创体系里的一颗愈发耀眼的明珠。

未来已来： 加快构建全球科创高地

奋进松山湖，蝶变科学城。

20年，风华犹正茂。20年，未来大可期。2020年7月，松山湖科学城正式纳入大湾区综合性 科学中心，在首个东莞 战略下，松山湖科学城的发展之路已然明晰。

今年10月获省政府正式批复同意的《松山湖科学城发展总体规划（2021—2035年）》明确，到2025年，科技实力、营商环境大幅跃升，关键核心技术实现重大突破，重大科技基础设施建设取得重大进展，科研能力快速提升，基本建成 的重大科技基础设施集中地以及具有全球 的新兴产业发源地、创新人才集聚地、知识产权示范地；到2035年，建成一批全球 、开放共享的重大科技基础设施，培育一批 大学和科研机构，实现一批关键核心技术的群体性突破，初步成为具有全球 的原始创新高地。

之于松山湖，20年砥砺前行，有了最新的发展航向，标志着松山湖科学城将迈开由园到城的根本性变革，成为新时期东莞参与粤港澳大湾区国际科技创新中心建设和代表 参与国际竞争与合作的重要战略 。

之于东莞，这是“ 工厂”以全新的姿态参与 竞争，从全球产业链的重要一环迈向科技创新的重要一极。

“现在的松山湖不只是东莞的松山湖，而是全国的松山湖。”中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所首席科学家李国杰说。

“国之重器”中国散裂中子源对人才的虹吸效应已然辐射整个大湾区。

2019年1月，来自香港大学、香港城市大学的研究团队在CSNS完成了首批港澳地区用户实验。其中，香港城市大学王循理教授团队及合作者采用中子散射、同步辐射等实验手段，探明了Pd基金属玻璃中潜在相变过程的微观机制，其成果已发表于《Nature Communicati 》。

“自从散裂中子源落户东莞以来，中山大学、华南理工大学、南方科技大学等高校都吸引了国际 的中子散射的 人才，中国散裂中子源对人才的虹吸效应持续显现。”陈和生表示。

记者从中国散裂中子源获悉，中国散裂中子源正在和广东省、东莞市、深圳市合作建设8台谱仪。“和东莞理工学院、香港城市大学合作建设的多物理谱仪，今年初投入运行，取得非常好的成果。12月底还会投入一台谱仪运行，明年将有4台投入运行，2024年和深圳市合作的两台谱仪也将投入运行。”东莞高层次人才活动周上，陈和生院士如是说。

在人才培育上，今年10月，大湾区大学与香港中文大学正式签署框架协议，合作共建先进材料与绿色能源研究院；11月19日，大湾区大学与松山湖材料实验室正式签署合作框架协议……大湾区大学筹建工作取得多项新进展。

一、前言

激光出现后，依托锁模技术进入了飞秒（10–15 s）超快时代，并迅速应用到物理、生物、化学和材料等前沿基础科学研究。Zewail 教授因飞秒化学方面的开创性研究荣获 1999 年诺贝尔化学奖。啁啾脉冲放大技术（CPA）进一步将激光推进到了超强时代 [1] ，相关科学家荣获 2018 年诺贝尔物理学奖。

超快超强激光是指同时具有超快时域特性和超高峰值功率特性的特殊光场，为人类在实验室中创造出了前所未有的超快时间、超高强场、超高温度和超高压力等极端物理条件，极大地促进了物理、化学、生物、材料、医学以及交叉学科等前沿科学的发展与进步。可以认为，超快超强激光是用于拓展人类认知的前沿基础科学研究最重要的工具之一，在某些方面甚至是 、不可替代的研究手段。

超快超强激光技术在推动前沿基础科学研究持续拓展的同时，又面临着前沿基础科学研究因自身深化 探索 而新增的能力支撑需求，这为激光技术体系发展赋予了强劲的牵引力。本文着重梳理超快超强激光的发展与科学应用需求以及国内外技术发展情况，在此基础上就我国的领域发展目标和重点方向开展论证分析，以期为我国激光技术的稳步发展提供方向参照。

二、超快超强激光应用与发展需求分析

超快超强激光在相关前沿基础科学研究中的应用拓展，亟需进一步提升激光参数， 探索 利用激光脉冲的其他参量来将超快和超强前沿基础科学研究推进到更为深入的物质层次。根据前沿科学研究目标的差异，未来领域应用与发展的需求集中在以下两部分。

（一）超快激光及其科学应用

这一方向的未来发展需求可细分为阿秒激光乃至仄秒激光、极紫外 – 太赫兹全波段多维度参量精密可控的飞秒超快激光。

阿秒激光乃至仄秒激光追求采用更短脉冲宽度的超快激光来研究物质内部更快的超快过程，需要发展更高脉冲能量、更短脉冲宽度、更高光子能量的高性能阿秒（10–18 s）激光。将阿秒脉冲的光子能量推进到硬 X 射线波段和伽马射线波段，将脉冲宽度推进到仄秒（10–21 s）的时间尺度，从而将人类能够 探索 的物质层次从原子 / 分子水平推进到原子核尺度 [2] 。

飞秒时间尺度对应着原子 / 分子、材料、生物蛋白、化学反应等丰富物质体系的超快过程，有着广泛而重要的应用。随着研究的进一步拓展与深入，需要 探索 更加丰富和复杂的超快动力学过程，以致控制这些超快过程。为了对超快激光更多维度的参量特性进行调制和利用，不仅需要将飞秒激光的光谱拓展到红外 – 太赫兹波段、真空紫外 – 极紫外波段，还需要发展包括时域、振幅、相位、光谱、偏振、空间模式等多维度参量在内的精密调控飞秒超快激光，以极紫外 – 太赫兹全波段多维度参量精密可控的飞秒超快激光为代表。

（二）超强激光及其科学应用

根据定位和应用目标的差异，这一方向可分为低重复 率超高峰值功率超强激光、高重复 率高平均功率超强激光。其中，低重复 率是指激光脉冲重复 率在 10 Hz 及以下，高重复 率是指激光脉冲重复 率在 1 kHz 及以上。

唯有利用超强激光，人类方可在实验室中产生宇宙星体内部和原子核内部才有的极端物理条件。利用低重复 率超高峰值功率超强激光，可在实验室中研究激光粒子加速、光核物理、伽马光 – 光对撞等微观尺度的前沿物理问题，也可在宏观尺度上研究超新星爆发、太阳耀斑、黑洞吸积盘喷流等天体物理现象，还可研究引力波、暗物质、真空物理等拓展人类未知的前沿基础科学。针对 重大理论与实验研究的需求，如激光粒子加速器、核嬗变等核物理、高能物理、激光聚变能源新途径、激光核医学等，低重复 率超高峰值功率超强激光提供了重要的科学研究工具。

在与 战略需求相关的应用领域，如空天安全、空天环境物理等方面，高平均功率的超强激光是重要的驱动工具，以能够适应空天特殊环境的高重复 率超强激光为典型。高重复 率高平均功率的超强激光产生超强质子束、电子束、中子束、X 射线、伽马射线，以致超强太赫兹脉冲等次级超强光源作为新型工具，可以拓展到光核反应、激光推进、核聚变能源和核废料处理、疾病治疗等更为前沿的重大基础科学研究和实际应用中。

三、超快超强激光国内外研究现状

（一）超快激光及其科学应用

1. 阿秒超快激光

近 20 年的发展历程表明，宽带高次谐波产生阿秒脉冲来拓展应用的根本局限在于单脉冲能量偏低，国际主流的解决途径是建立高功率和长波长的飞秒超快激光系统。欧盟投资数亿欧元，在匈牙利建立了极端光装置 – 阿秒脉冲源（ELI-ALPS），通过两个拍瓦激光系统产生高峰值功率和高平均功率的阿秒脉冲 [3] 。长波长的中红外飞秒激光脉冲系统可产生更高光子能量和更短脉冲宽度的阿秒脉冲 [4] ，因此众多研究机构均在这方面开展工作。高重复 率阿秒激光研究也取得重要进展 [5] 。另外，通过 X 射线自由电子激光（XFEL）产生阿秒脉冲也获得了初步验证， XFEL 在产生高光子能量（硬X 射线和伽马射线波段）的高功率阿秒脉冲方面具有一定优势。

国内阿秒激光研究集中在中国科学院所属的上海光学精密机械研究所、物理研究所、西安光学精密机械研究所等科研机构。由于总体布局较晚，当前研究水平仍然相对落后。2009 年，上海光学精密机械研究所测量了阿秒脉冲链的脉冲宽度，获得了近傅里叶变换极限的阿秒脉冲激光。2013 年，物理研究所产生并测量了单个阿秒脉冲，获得了脉冲宽度为 160 as 的脉冲激光。西安光学精密机械研究所在阿秒脉冲激光研究方面承担了较多任务。国内高等院校，如华中 科技 大学、华东师范大学、北京大学、国防 科技 大学等也在开展阿秒激光的相关研究。此外，一些研究机构还在高功率激光加速产生高能电子和伽马射线等方面开展了系列工作。

2. 飞秒超快激光

利用非线性光学方法，国际上早已将飞秒激光的波长从可见 – 近红外波段拓展到深紫外 – 紫外、红外 – 太赫兹波段。自由电子激光器也已获得真空紫外和极紫外波段以及太赫兹超快飞秒激光，具有高能量和波长可调谐的优势，但相关装置较为复杂。为了研究更复杂丰富的超快动力学过程，多参量光场精密调控和多波长飞秒超快激光也获得了发展。

国内较多研究团队直接采用商用进口的飞秒激光器，叠加非线性效应来拓展波长等参量。在光场精密调控和多波长飞秒超快激光方面，上海光学精密机械研究所、上海 科技 大学、西安交通大学等机构完成了系列研究。2019 年，中国科学院大连化学物理研究所构建的自由电子激光器已经投入运行，在 50~200 nm 真空紫外与极紫外波段实现了波长连续可调的超快激光输出，发挥了飞秒超快激光对基础科学研究的支撑和拓展作用 [6] 。中国工程物理研究院利用自由电子激光实现了太赫兹波段超快激光输出。

（二）超强激光及其科学应用

这一方向的国际研究进展快速且竞争激烈， 上已建成 50 多套拍瓦级激光装置 [7] 。

1. 低重复 率超高峰值功率超强激光

欧盟、美国、日本、韩国、俄罗斯等 或地区均在建设十拍瓦级激光重大科学装置。近期多个 或地区提出了 100~200 PW 重大激光科学装置的发展计划。欧盟 10 多个 的近 40 个科研机构联合提出超强光基础设施（ELI）计划，旨在发展200 PW 超强激光装置，已被纳入欧盟未来大科学装置发展路线图；2019 年实现了 10 PW 超强激光输出 [8] 。法国 Apollon 激光装置 [9] 2017 年实现了5 PW 激光输出，2018 年实现了 10 PW 激光输出，更高指标输出目前有所延迟。英国 ulcan 激光装置 [10] 计划采用光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术，将输出脉冲峰值功率由拍瓦级提升至十拍瓦级。俄罗斯规划用于极端光学研究的艾瓦中心（XCELS）拟实现 200 PW 峰值功率，待建激光装置包含 12 束功率为 15 PW、脉冲宽度为 25 fs 超强激光，利用相干合成技术来输出激光 [11] 。日本激光快速点燃实验项目（LFEX）装置已经实现了皮秒量级、脉冲能量达 2 kJ 的拍瓦激光输出，主要用于支持快点火激光核聚变、天体物理方面的研究。韩国光州科学技术院（GIST）基于钛宝石 CPA 方案，在 0.1 Hz 重复 率下实现了 4.2 PW 激光输出 [12] 。美国罗彻斯特大学 OMEGA EP 装置具有 1 kJ/1 ps/1 PW 的激光输出能力，同步提出了百拍瓦级超强激光的发展构想。

国内低重复 率超高峰值功率超强激光研究方向起步较早，已经形成了实力较强、梯队合理的研究队伍。自 1996 年起，每两年召开 1 次的“全国强场激光物理会议”显著促进了相关领域的学术交流和研究进展。近年来，我国在此方向取得了一些重要研究成果，部分成果已经处于国际 水平。2017 年，中国工程物理研究院基于大口径三硼酸锂（LBO）晶体和 OPCPA 技术路线获得了近5 PW 超强激光输出 [13] 。上海光学精密机械研究所利用钛宝石 CPA 方案，2016 年在国际上率先实现5 PW 激光输出，2017 年在国际上率先实现 10 PW 放大输出 [14] ；利用 OPCPA 技术也实现了 1 PW 激光输出 [15] ；2018 年在国际上率先立项并启动建设百拍瓦级超强激光装置。此外，一些高等院校近期也提出了建设数十拍瓦级激光装置的规划设想。

2. 高重复 率高平均功率超强激光

这一方向的技术方法主要分为碟片超快激光和光纤超快激光。碟片激光器在解决增益介质的热效应管理问题之后，实现了平均功率为千瓦级的输出。光纤飞秒激光具有散热好、集成方便灵活、光束质量好、转换效率高等优势，且可实现 1 MHz 以上重复 率的激光放大，近年来获得迅速发展。受限于非线性效应，光纤中的 CPA 输出能量和功率还不高。

2012 年，国际 学者 Mourou 教授在欧盟组织启动了“国际放大相干网络”（ICAN）计划 [16] ，旨在推动基于光纤飞秒激光及其组束技术的发展，实现高重复 率、高平均功率和高峰值功率的超强激光脉冲， 探索 应用于新一代粒子加速器的驱动源。在 ICAN 计划（10 J/100 fs/10 kHz 超强激光）框架下，德国耶拿大学牵头完成了光纤飞秒激光时间与空间组束的众多研究。例如，已经采用 16 束光纤飞秒激光合束获得了平均功率为千瓦级的高重复 率激光输出；提出的空间相干组束（16 32）与时间相干组束或脉冲堆积相结合的新技术方案，有望更加经济地实现 300 fs/100 TW 超强激光输出 [17] 。

国内高重复 率高平均功率超强激光还缺乏系统的研究布局， 上海光学精密机械研究所、北京大学、国防 科技 大学、天津大学等少量研究单位各自在分立的核心技术方向上开展研究和 探索 ，如高性能增益光纤研制、碟片激光放大技术、光纤飞秒振荡器、光纤 CPA 技术、空间激光组束、脉冲时间堆积和脉冲压缩等。一些科研机构和高等院校对大模场面积增益光纤、高能量高功率飞秒激光等技术方向进行了持续研究。鉴于在微加工领域应用的良好前景，国内诸多企业开展了数十瓦功率的光纤飞秒激光产品研制，部分企业已经推出了功率为 50 W 及以上的飞秒超快激光产品。尽管发展迅速，但大多数产品需要采用国外的关键器件，而具有自主知识产权的关键器件还较少。整体来看，这方面的研究较为分散，尚未在产业链条上形成系统规划和分工协作的局面。

四、我国超快超强激光发展思路与目标

（一）超快激光及其科学应用

1. 阿秒超快激光

阿秒脉冲的光子能量突破至 1 keV 乃至 10 keV 水平，支持开展阿秒超快内壳层电子动力学、电子自旋 – 轨道动力学等基础物理过程、大分子乃至生物大分子等复杂结构的超快电子动力学与结构变化等研究。涉及的关键技术包括：高功率、少周期、载波包络相位稳定的中红外激光系统，高亮度千电子伏特级阿秒激光脉冲产生，高分辨电子与多电子动量测量，通过康普顿散射方法将光子能量推进到硬 X 射线波段和伽马射线波段。

超快脉冲的脉冲宽度突破至仄秒水平，支持开展深内壳层电子动力学乃至原子核的动力学研究。阿秒脉冲的光子能量达到 10 keV 水平乃至伽马射线波段，阿秒脉冲宽度具备进入仄秒时间尺度的可能性。涉及的关键技术包括：与提高产生效率相关的技术，与实际应用相关的超快测量技术，仄秒脉冲宽度测量等。

2. 飞秒超快激光

随着飞秒超快光谱基础科学研究的发展，除了利用脉冲时域特性以外，光谱和偏振特性也是可以利用的重要特性。后续主要研究思路为：发展兆赫兹重复 率极紫外 – 太赫兹波段宽带飞秒激光，发展高性能、多波长的飞秒激光脉冲和多波长飞秒光 梳，实现同时脉冲形状和空间径向偏振（或涡旋）的、精密调控的特殊时空结构飞秒激光；发展吉赫兹重复 率超快激光，突破单光子和量子纠缠等新型超快光谱技术，提升超快光谱的稳定性和探测效率，支持更加纯粹的微观体系和更加复杂的多体超快动力学过程研究；利用多参量精密可控的超快激光，研究脑科学、肿瘤、生物发育与再生等方面的生物过程精密光控制。

（二）超强激光及其科学应用

1. 低重复 率超高峰值功率超强激光

需求牵引在于重大前沿物理科学问题研究，以期拓展人类认知。后续发展方向依然是继续提升激光的峰值功率（从 100 PW 到 1 EW），抢占最高聚焦功率密度（1025 W/cm2 ）的技术高地，为科学前沿研究提供最先进的极端物理条件。为了提升这类前沿实验的效率和可靠性，还应适当提升超强激光的重复 率，开展涡旋光等特殊光场的超强激光输出及其应用研究；时空电场精密控制与波长调谐的超强激光将进一步拓展应用范围。随着激光聚焦功率密度的不断提升，激光脉冲的时间对比度要求越来越高，应针对性开展有关输出与测量的创新研究。此外，大口径激光聚焦的创新研究和设计成为发展亟需，在有效提升聚焦功率密度的同时，可缓解放大输出激光能量伴生的成本问题。

峰值功率和重复 率是未来研究发展的突破口。预计在 2025 年、2030 年和 2035 年，将分别实现 100 PW、500 PW 和 1000 PW（1 EW）峰值功率的激光输出，在重复 率方面也将取得突破性提升。①利用 5 年左右的时间，实现单发 100 PW 峰值功率输出、重复 率 10 PW 激光输出；激光装置进行真空极化处理，支持天体物理、反物质等基础研究初步取得开创性科研成果。②利用 10 年左右的时间，通过提升泵浦激光能量来突破大尺寸光栅等关键元器件的研制和延寿问题，利用空间激光合束等方法实现 500 PW 激光输出，支持开展引力波、暗物质等前沿重大研究。③利用 15 年左右的时间，在更高功率泵浦激光方面，通过提升大尺寸光栅等关键元器件的尺寸和损伤阈值，结合空间相干组束方法来实现艾瓦级激光输出；发展新型聚焦系统，将聚焦功率密度提升至 1025 W/cm2 ； 探索 基于光和物质相互作用的新原理、新方法来实现艾瓦级激光输出，为激光发展开拓新的技术方案；获得达到近量子电动力学（QED）区域的超强激光，支持开展更加前沿的强场激光物理研究。

2. 高重复 率高平均功率超强激光

根据我国的现有技术水平、技术发展预期和 重大需求，高重复 率高平均功率超强激光发展具有以下发展趋势。①利用 5 年左右的时间，重点掌握飞秒光纤 CPA、空间相干组束、脉冲时间堆积、大能量脉冲压缩等核心技术，通过路径和设计创新，降低这类激光的复杂性、难度和成本。②利用 10 年左右的时间，在实验室中产生太瓦级千赫兹重复 率的超强激光输出；重点开展强场激光物理中的高次谐波产生阿秒激光脉冲、激光电子加速等研究，获得高通量的阿秒激光脉冲，促进原子 / 分子和材料中阿秒动力学研究的发展；通过激光技术突破来带动工业应用的大发展，降低光纤飞秒激光的功率成本。③利用 15 年左右的时间，实现十太瓦级千赫兹以上重复 率的超强激光输出；通过工业领域的批量应用来驱动光纤飞秒激光功率成本的显著降低；对太瓦级激光进行空间合束，在实验室中实现十太瓦级高重复 率的超强激光；重点开展小型化粒子加速器研究，促进高重复 率、高能量质子束在医疗领域的拓展应用；利用激光产生的高能中子源， 探索 激光聚变能源和核废料处理等重要方面的应用。

五、超快超强激光的重点技术方向

1. 阿秒超快激光

未来重点发展方向主要包括：高能量单个阿秒激光脉冲，高平均功率（高重复 率）阿秒激光，高光子能量阿秒脉冲，拓展阿秒脉冲应用的小型化高重复 率阿秒脉冲。相关的技术发展方向为：高品质的少周期（含中红外）激光脉冲技术，简单便捷的阿秒激光脉冲测量技术、新型阿秒激光应用技术，高品质高亮度硬 X 射线和伽马射线产生技术、仄秒激光技术等。

2. 飞秒超快激光

未来重点发展方向主要包括：多波长高性能飞秒激光技术，宽带双 / 多 梳飞秒激光技术，兆赫兹高重复 率高性能真空紫外 – 极紫外、红外 –太赫兹超快激光技术，径向偏振和涡旋等特殊偏振与空间模式的飞秒激光技术，吉赫兹高重复 率小型化量子点超快激光技术，垂直腔面发射（VCSEL）超快激光技术，涉及时域、光谱、偏振、空间、相位和振幅等多维度光场精密调控的飞秒激光技术等。

3. 低重复 率超高峰值功率超强激光

聚焦功率密度、对比度是最重要的参数指标，应进一步发展放大技术、脉冲压缩技术、空间聚焦技术、对比度提升与测量技术。未来重点技术方向具体包括：高通量放大技术（即超大能量的 CPA 或 OPCPA 技术以及对应的超大口径激光晶体或非线性晶体研制），等离子体拉曼放大和准参量啁啾脉冲放大（QPCPA）等新型放大技术，新型压缩器设计及大口径、高损伤阈值压缩光栅的研制，大口径超强激光组束技术，激光脉冲对比度提升与单发测量技术，大口径超强激光时空特性 测量技术，大口径超强激光波前整形与新型高性能聚焦系统设计，超强激光时空电场精密控制与波长调谐技术，超强激光脉冲的腔外脉冲压缩技术，涡旋、径向偏振等特殊光场的超强激光产生及其应用等。

4. 高重复 率高平均功率超强激光

未来重点发展方向主要包括：新型飞秒光纤放大、新型碟片激光放大技术，高重复 率飞秒激光脉冲时间堆积与空间相干组束技术及其衍生创新技术，空间相干组束中甚多束激光的相位测量与主动反馈控制技术，新型飞秒激光放大的特殊光纤设计与加工技术，脉冲压缩与色散管理技术，高重复 率激光泵浦源技术，高重复 率放大过程中热效应管理技术，高性能增益光纤、高性能啁啾光纤光栅与透射光栅等核心元器件研制，时空光场精密控制与波长调谐技术等。

六、对策建议

（3）提高人类认知的基础科学研究，不仅需要本国科研人员的创新创造，还需要全球科学家的聪明才智。加强国际交流合作，吸引国际性人才开展联合研究，进一步加速和提升相关科学研究。在超强激光这些我国已经处于 地位的领域方向以及一些具有引领性、颠覆性创新的研究方向，可以考虑在“一带一路”倡议框架下，开展重大基础科学装置建设，以我国为主并吸引其他 （如亚洲 、俄罗斯等）开展联合研究和技术攻关。通过基础科研成果共享（类似 ELI 计划和黑洞探测计划等）来提升我国 科技 创新的国际 。

（4）为了更好更快实现基础研究成果服务于 经济 社会 发展需求的目标，建议科研机构和高等院校加强与企业的合作，促进超快超强激光方面实用型 科技 成果的 转化。同时加强知识产权保护与管理，做好技术风险防范工作。

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