文｜中國工程院院士、深圳大學特聘教授 范滇元
激光技術在現代科技中扮演著至關重要的角色，是推動激光製造產業高質量發展的關鍵手段。經過十年的黃金發展期，中國激光技術的產業化不斷成熟，市場規模已突破千億大關，激光設備銷售收入佔據了國際市場的半壁江山。展望未來十年，中國激光產業有望實現萬億產值，成為全球領先的激光智造強國。面對機遇與挑戰，唯有推動科技創新和產業創新深度融合，激光產業才能真正實現高端化、智能化和國際化的發展目標，成為發展新質生產力的新賽道。
激光產業帶動經濟發展作用顯著
激光技術自1960年首次實現以來，迅速成為現代科學技術的基石之一。儘管激光產業的直接市場規模相對較小，但其對國民經濟的影響力和輻射帶動作用卻十分顯著。根據2022年的全球產業統計數據，全球激光設備銷售收入為216億美元，這一數字雖然不大，但激光技術直接帶動的全球光子市場規模達到3,000億美元，激光光子產品及其服務使能市場的規模更達到10萬億美元以上，約佔全球GDP的12%；更有甚者，據美國科學與技術政策辦公室統計，美國GDP近50%的產值與激光技術有關聯。這些數據表明，激光技術不僅是一個獨立的產業，更是推動其他產業發展的重要引擎。因此，關注和推動激光產業高質量發展是十分重要和有意義的。
激光技術的應用範圍廣泛，從醫療、通信、製造到國防和科學研究，幾乎涵蓋了所有高科技領域。在醫療領域，激光被用於眼科手術、皮膚治療和癌症治療等。在通信領域，激光是光纖通信的核心技術，支持著全球互聯網的高速傳輸。在製造業，激光切割、焊接和增材製造（3D打印）正在改變傳統的生產方式，提高了生產效率和產品質量。在國防領域，激光武器和激光制導技術深刻改變現代戰爭的面貌。
中國激光產業規模突破千億
中國激光產業在過去十年中經歷了快速發展，市場規模突破了千億元大關。按技術領域劃分：中國光纖激光器市場在2023年整體銷量穩中有升，銷售收入達到135.9億元（人民幣，下同），同比增長10.8%﹔激光切割成套設備市場受光纖激光器市場影響，雖然出貨量增長迅猛，但設備單價有所回落，2023年激光切割成套設備市場銷售收入為327.5億元，同比增長9.1%；激光焊接成套設備市場在動力電池、汽車、消費電子等領域的應用逐漸增多，迎來了新的發展機遇。中國激光焊接成套設備市場2023年銷售收入約為115.2億元，同比增長38.6%；中國激光增材製造市場呈現出產業化、新商業模式涌現、金屬3D打印開始扮演重要角色的趨勢，2023年產業規模達到66.9億元，同比增長約30%；中國超快激光器市場正在增長，銷售收入將達到39.5億元，但國產激光器僅佔總市場規模的30%。中國激光產業的快速發展得益於多方面的因素。國家政策的大力支持為激光技術的研發和產業化提供了良好的環境，國內市場的巨大需求推動了激光技術的應用和普及，中國在製造業方面的優勢也為激光產業的發展提供了堅實的基礎。
儘管中國激光產業取得了顯著的成就，但仍存在一些問題。比如，產品多集中在中低端市場，價格競爭激烈，利潤空間有限。表1的主要國家激光製造公司數與營收額比對表直觀地反映出中國激光產業存在的弊病。比如，核心技術和高端產品的自主研發能力不足，部分關鍵技術和設備仍依賴進口。為應對這些挑戰，中國激光產業需要扎實推動科技創新和產業創新的深度融合，特別是要加強高強激光技術的研發和應用，提升自主創新能力，推動產業向高端化、智能化和國際化方向發展。同時要提高供應鏈的自主可控能力，鼓勵企業走出去拓展市場，打造具有國際競爭力的激光產業集群。
高強激光助中國激光產業走向高端化
高強激光技術的進步為激光產業的高端化發展提供了重要支撐。國際高強激光光源，包括高功率超快激光器、新型光纖激光器、萬瓦級藍光半導體激光器和EUV激光器等，已取得重要進展。這些最新技術不僅應用於工業製造，還在科學研究、醫療和國防等領域展現出巨大的潛力。比如，高強激光被用於粒子加速、等離子體物理和天體物理等前沿領域的研究，推動癌症治療、眼科手術和皮膚病治療的進步等。
我國激光高端裝備也呈現蓬勃發展的態勢。一是超高功率光纖激光器及加工裝備。在攻克非線性控制、高效熱管理、發散角控制和超高功率合束等技術基礎上，研發成功120KW、150KW和160KW的光纖激光器及裝備，具有高功率、穩定、可靠、高亮度的品質，應用於航空、汽車、造船等行業的厚板、粗管等切割焊接成形。二是KW級超短脈衝碟片激光器。通過薄片結構提高冷卻效率，降低熱透鏡、熱畸變等效應的影響，提高泵浦效率，成為新一代大能量高功率短脈衝激光光源和裝備的重要發展方向。三是超快激光超精細特種製造。超快激光製造被視為製造原理的第二次革命，飛秒激光精密製造的獨特性實現了三維加工能力，滿足了特殊用戶、前沿用戶的高難度超精密製造需求。四是質子刀超強超短激光驅動器。重離子加速器質子刀治癌，只殺癌細胞而不傷正常細胞，在全球範圍廣泛應用，但價格比較昂貴，每台約25億元，每個療程40萬元。設想用超高功率飛秒激光器替代加速器，驅動高能質子用於治癌，預計設備成本可降低到1億元/台。這是一個潛在的高風險高收益的高端裝備項目。這些高端裝備的研發和應用不僅提升了中國激光產業的技術水平，也為相關行業的發展提供了新的動力。
人工智能賦能激光產業高質量發展
人工智能賦能激光產業是科學研究的新範式，主要包括激光器光源和激光裝備自身的智能優化，以及激光加工製造的智能化等。人工智能在激光加工製造中的模擬預測、參數優化、過程控制、質量分析等方面展現了巨大的應用潛力，能夠有效提高生產效率、產品質量和服務水平。人工智能技術的應用正在改變激光產業的面貌。在激光器光源和激光裝備的智能優化方面，人工智能可以通過大數據分析和機器學習算法，優化激光器的設計和製造過程，提高激光器的性能和可靠性；在激光加工製造的智能化方面，人工智能可以通過模擬預測和參數優化，提高加工效率和產品質量，降低生產成本。
當前，人工智能在中國發展迅速，已開始運用到激光賦能智造、飛秒光纖激光器智能調控和30KW焊接智能化應用等場景，展示了人工智能在激光產業中的巨大潛力，為激光產業發展帶來了新動力。有的企業將工業自動化技術與互聯網信息技術相融合，構建智能製造體系，打造智能化協同製造平台，實現智能化生產管理，產出智能化激光製造裝備，滿足用戶需求。有的企業將單次光譜測量與智能算法相結合，實時優化超快鎖模光纖激光器的光脈衝參數，確保功率穩定和脈寬穩定。還有的企業通過深度學習算法進行焊接工藝建模和系統設計，實現焊接態勢的感知和認知，降低了焊接缺陷率。
通過不斷的技術創新和市場拓展，中國激光產業實現了飛速發展。面對全球市場的激烈競爭，中國激光企業需要不斷提升自身的技術水平和創新能力，善借人工智能賦能，積極參與國際競爭，推動中國激光產業在全球市場中的地位不斷提升。未來，中國激光產業將繼續向高端化、智能化和國際化方面发力，創造更大的經濟效益和社會效益，為培育發展新質生產力、開闢发展新領域新賽道作出更大的貢獻。
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