文｜中国工程院院士、深圳大学特聘教授 范滇元
激光技术在现代科技中扮演著至关重要的角色，是推动激光制造产业高质量发展的关键手段。经过十年的黄金发展期，中国激光技术的产业化不断成熟，市场规模已突破千亿大关，激光设备销售收入占据了国际市场的半壁江山。展望未来十年，中国激光产业有望实现万亿产值，成为全球领先的激光智造强国。面对机遇与挑战，唯有推动科技创新和产业创新深度融合，激光产业才能真正实现高端化、智能化和国际化的发展目标，成为发展新质生产力的新赛道。
激光产业带动经济发展作用显著
激光技术自1960年首次实现以来，迅速成为现代科学技术的基石之一。尽管激光产业的直接市场规模相对较小，但其对国民经济的影响力和辐射带动作用却十分显著。根据2022年的全球产业统计数据，全球激光设备销售收入为216亿美元，这一数字虽然不大，但激光技术直接带动的全球光子市场规模达到3,000亿美元，激光光子产品及其服务使能市场的规模更达到10万亿美元以上，约占全球GDP的12%；更有甚者，据美国科学与技术政策办公室统计，美国GDP近50%的产值与激光技术有关联。这些数据表明，激光技术不仅是一个独立的产业，更是推动其他产业发展的重要引擎。因此，关注和推动激光产业高质量发展是十分重要和有意义的。
激光技术的应用范围广泛，从医疗、通信、制造到国防和科学研究，几乎涵盖了所有高科技领域。在医疗领域，激光被用于眼科手术、皮肤治疗和癌症治疗等。在通信领域，激光是光纤通信的核心技术，支持著全球互联网的高速传输。在制造业，激光切割、焊接和增材制造（3D打印）正在改变传统的生产方式，提高了生产效率和产品质量。在国防领域，激光武器和激光制导技术深刻改变现代战争的面貌。
中国激光产业规模突破千亿
中国激光产业在过去十年中经历了快速发展，市场规模突破了千亿元大关。按技术领域划分：中国光纤激光器市场在2023年整体销量稳中有升，销售收入达到135.9亿元（人民币，下同），同比增长10.8%﹔激光切割成套设备市场受光纤激光器市场影响，虽然出货量增长迅猛，但设备单价有所回落，2023年激光切割成套设备市场销售收入为327.5亿元，同比增长9.1%；激光焊接成套设备市场在动力电池、汽车、消费电子等领域的应用逐渐增多，迎来了新的发展机遇。中国激光焊接成套设备市场2023年销售收入约为115.2亿元，同比增长38.6%；中国激光增材制造市场呈现出产业化、新商业模式涌现、金属3D打印开始扮演重要角色的趋势，2023年产业规模达到66.9亿元，同比增长约30%；中国超快激光器市场正在增长，销售收入将达到39.5亿元，但国产激光器仅占总市场规模的30%。中国激光产业的快速发展得益于多方面的因素。国家政策的大力支持为激光技术的研发和产业化提供了良好的环境，国内市场的巨大需求推动了激光技术的应用和普及，中国在制造业方面的优势也为激光产业的发展提供了坚实的基础。
尽管中国激光产业取得了显著的成就，但仍存在一些问题。比如，产品多集中在中低端市场，价格竞争激烈，利润空间有限。表1的主要国家激光制造公司数与营收额比对表直观地反映出中国激光产业存在的弊病。比如，核心技术和高端产品的自主研发能力不足，部分关键技术和设备仍依赖进口。为应对这些挑战，中国激光产业需要扎实推动科技创新和产业创新的深度融合，特别是要加强高强激光技术的研发和应用，提升自主创新能力，推动产业向高端化、智能化和国际化方向发展。同时要提高供应链的自主可控能力，鼓励企业走出去拓展市场，打造具有国际竞争力的激光产业集群。
高强激光助中国激光产业走向高端化
高强激光技术的进步为激光产业的高端化发展提供了重要支撑。国际高强激光光源，包括高功率超快激光器、新型光纤激光器、万瓦级蓝光半导体激光器和EUV激光器等，已取得重要进展。这些最新技术不仅应用于工业制造，还在科学研究、医疗和国防等领域展现出巨大的潜力。比如，高强激光被用于粒子加速、等离子体物理和天体物理等前沿领域的研究，推动癌症治疗、眼科手术和皮肤病治疗的进步等。
我国激光高端装备也呈现蓬勃发展的态势。一是超高功率光纤激光器及加工装备。在攻克非线性控制、高效热管理、发散角控制和超高功率合束等技术基础上，研发成功120KW、150KW和160KW的光纤激光器及装备，具有高功率、稳定、可靠、高亮度的品质，应用于航空、汽车、造船等行业的厚板、粗管等切割焊接成形。二是KW级超短脉冲碟片激光器。通过薄片结构提高冷却效率，降低热透镜、热畸变等效应的影响，提高泵浦效率，成为新一代大能量高功率短脉冲激光光源和装备的重要发展方向。三是超快激光超精细特种制造。超快激光制造被视为制造原理的第二次革命，飞秒激光精密制造的独特性实现了三维加工能力，满足了特殊用户、前沿用户的高难度超精密制造需求。四是质子刀超强超短激光驱动器。重离子加速器质子刀治癌，只杀癌细胞而不伤正常细胞，在全球范围广泛应用，但价格比较昂贵，每台约25亿元，每个疗程40万元。设想用超高功率飞秒激光器替代加速器，驱动高能质子用于治癌，预计设备成本可降低到1亿元/台。这是一个潜在的高风险高收益的高端装备项目。这些高端装备的研发和应用不仅提升了中国激光产业的技术水平，也为相关行业的发展提供了新的动力。
人工智能赋能激光产业高质量发展
人工智能赋能激光产业是科学研究的新范式，主要包括激光器光源和激光装备自身的智能优化，以及激光加工制造的智能化等。人工智能在激光加工制造中的模拟预测、参数优化、过程控制、质量分析等方面展现了巨大的应用潜力，能够有效提高生产效率、产品质量和服务水平。人工智能技术的应用正在改变激光产业的面貌。在激光器光源和激光装备的智能优化方面，人工智能可以通过大数据分析和机器学习算法，优化激光器的设计和制造过程，提高激光器的性能和可靠性；在激光加工制造的智能化方面，人工智能可以通过模拟预测和参数优化，提高加工效率和产品质量，降低生产成本。
当前，人工智能在中国发展迅速，已开始运用到激光赋能智造、飞秒光纤激光器智能调控和30KW焊接智能化应用等场景，展示了人工智能在激光产业中的巨大潜力，为激光产业发展带来了新动力。有的企业将工业自动化技术与互联网信息技术相融合，构建智能制造体系，打造智能化协同制造平台，实现智能化生产管理，产出智能化激光制造装备，满足用户需求。有的企业将单次光谱测量与智能算法相结合，实时优化超快锁模光纤激光器的光脉冲参数，确保功率稳定和脉宽稳定。还有的企业通过深度学习算法进行焊接工艺建模和系统设计，实现焊接态势的感知和认知，降低了焊接缺陷率。
通过不断的技术创新和市场拓展，中国激光产业实现了飞速发展。面对全球市场的激烈竞争，中国激光企业需要不断提升自身的技术水平和创新能力，善借人工智能赋能，积极参与国际竞争，推动中国激光产业在全球市场中的地位不断提升。未来，中国激光产业将继续向高端化、智能化和国际化方面发力，创造更大的经济效益和社会效益，为培育发展新质生产力、开辟发展新领域新赛道作出更大的贡献。
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