本次论坛由中科院上海光学精密机械研究所承办，中科学院上海光学精密机械研究所干福熹院士、徐军研究员、山东大学蒋民华院士和天津大学姚建铨院士担任大会执行主席，并与中材人工晶体研究院沈德忠院士、中科院上海光学精密机械研究所范滇元院士和中科院理化技术研究所吴以成教授共同主持了论坛学术报告会和专题讨论会。
一、会议背景
激光材料是激光技术发展的核心和基础，具有里程碑的意义和作用（"一代材料、一代器件"）：60年代第一台红宝石晶体激光器问世，激光诞生（Nature 187，493（1960））；70年代掺钕钇铝石榴石，固体激光开始大力发展；80年代钛宝石晶体，使超短、超快和超强激光成为可能，飞秒激光科学技术蓬勃发展、并渗透到各基础和应用学科领域（Science 291,1923 (2001)；Nature 414,509 (2001)；Nature 419, 803(2002)）；90年代矾酸钇晶体，固体激光的发展进入新时期--全固态激光科学技术；……。进入新世纪，上世纪60年代初出现的激光和激光科学技术，正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展，激光材料也在单晶、玻璃、光纤、陶瓷等四方面全方位迅猛展开，如微-纳米级晶界、完整性好、制作工艺简单的微晶激光陶瓷和结构紧凑、散热好、成本低的激光光纤，正在向占据激光晶体首席达40年之久的Nd:YAG发出强有力的挑战，激光材料也已从最初的几种基质材料发展到数十种，是受到各国政府、科学界乃至企业界高度重视的领域。
目前，国际上主要有三个大阵营在主攻这个领域：一是欧洲,2002年德国联邦教研部完成《激光2000》计划后，又出台了一项为期5年的《光学技术》计划，总投资2.8亿欧元，重点是高功率全固态激光（HLDL）和飞秒超快激光。英国的"阿维尔计划"，2000年开始的欧洲的"阿秒计划合作组织"为期4年。美国除大家熟知的"激光核聚变计划NIF"外，国防部高能激光联合技术办公室(JTO)制定了"联合高能固体激光器(J-HPSSL)计划"，以及各军兵种的"IFX计划"、"2010计划"、"美国空军2025年"、"宙斯-悍马(HLONS) 太空激光计划"、"定向能武器(DEW)计划"等，如2005财年高能激光器联合技术办公室计划新启动的项目中，大部分预算资金投向固态激光器项目。日本自1995年开始启动"激光研究五年计划"、"飞秒技术计划"，集合了十数家研究所和大学，为期10年，有著名的东京大学、理化研究所等。其他国家的一些研究小组主要是加拿大国家科学研究委员会和韩国高等科技学院等。以上各国的国家计划已使得美国、德国、英国和日本分别在与激光相关的晶体、玻璃、光纤和陶瓷激光材料技术方面，总体上领先于世界各国。
成为世界先进制造业、信息产业强国是我国21世纪的发展战略目标，实现该目标的关键之一是必须能提供基础性的激光材料及其元器件。我国在科研、先进制造业、能源、医疗、国防等众多领域亦将拥有规模巨大的激光及其元器件的应用市场需求（目前，国际传统激光器市场是100亿美元/年，未来新应用领域市场潜力将达10000亿美元/年）。然而我国目前所处的状况是：1、高技术含量、高附加值的激光器基本从国外进口；2、军用"杀手锏"激光器仍然处于跟踪、模仿阶段。其中主要原因是我国对激光器的核心和基础--激光材料的基础研究薄弱，总体上仍然摆脱不了"跟"的状态、原创性的新概念、新材料基本没有；3、高能激光武器；4、超短、超快和超强激光及其在科学技术中的应用；5、半导体泵浦全固态激光等方向也已分别列为我国《国家中长期科学和技术发展规划》。特别是"惯性约束聚变点火工程（2020年）"已确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的十六项重大专项之一，其重要性不言而喻。但已立项的百余项国家重点基础研究发展规划项目--国家973计划，至今没有1项关于激光材料的专项。
围绕激光和光电子产业中的关键性、基础性、带动性技术--激光材料的基础科学问题进行系统的研究，对我国未来高技术产业和国防建设有"不受制于人"的重大战略意义和现实意义。
二、会议简况
方科技论坛理事会理事长、上海市科委副主任丁文江出席了会议并致辞。他指出：进入21世纪，固体激光技术迅猛发展。我国的激光材料研究进入了一个非常重要的关键时期。本次论坛以"晶态和非晶态激光材料及其应用发展战略"为主题，非常及时，为全国范围内该领域的精英专家共同探讨我国激光材料的研究与发展大计搭起了一个很好的平台。最后他表示市科委希望通过此次论坛，形成共识，提出建设性的建议，为上海市政府和上级有关决策部门提供科学依据。
参加本次研讨会的代表有来自山东大学、中科院上海光学精密机械研究所、中科院上海硅酸盐研究所、中科院福建物质结构研究所、天津大学、中材人工晶体研究院、中科院理化技术研究所、中科院物理研究所、中国电子科技集团公司第十一研究所、复旦大学、南开大学、华东师范大学、长春理工大学、中国工程物理研究院、上海大学、烽火通信科技股份有限公司、江苏阿尔发光电科技有限公司、中科院基础局、国家自然科学基金委、上海市科技项目管理中心等单位的40多位专家、学者。
会上共有包括7位两院院士在内的19位专家作了主题发言，分别就21世纪人工晶体的发展战略，传统激光晶体与激光玻璃的发展规律和趋势，具有微纳结构的微晶激光陶瓷、非晶态激光光纤和光子晶体光纤面临的研制难题和发展策略，国家重大激光工程对激光材料的需求和牵引等专题作了报告，并展开了广泛而深入的讨论。
三、会议内容
中科院上海光学精密机械研究所干福熹院士作了题为"激光材料的基础研究"的报告。干院士指出，进入21世纪，光子已成为信息和能量的主要载体。激光技术根据光子不同载体作用分为信息激光技术和能量激光技术两大类，它们在光纤通讯、工业加工、科学研究、国防安全等领域中发挥着十分重要的作用。当前，我国对信息激光技术的重视程度较高，但对能量激光技术重视不够，而且后者直接关系到我国未来新能源、工业加工及激光武器等高技术战略的制高点。结合激光器的发展历史和我国高功率激光系统（神光）的发展历程，论证了"激光材料是基础，激光器是中心，激光系统是引导"的观点。要重视材料科学的基础（Bases）和指导（Guides）的作用，结合我国神光I和神光II系统用掺钕硅酸盐和磷酸盐激光玻璃的研制历程（1962年-1978年），阐述了激光材料是发展激光技术的核心和基础。根据激光材料的科学内涵，指出我国发展大型激光系统的关键激光材料必须在材料的物理基础（光谱、发光、非线性光学等发面）和工艺基础（制造、加工、原材料等方面）有预研、开发和攻关。面对我国发展大型高能量高功率的激光系统，需要重点研究激光与固态物质的相互作用的新现象、新效应和微观过程（激活离子的格位（site）状态和相互作用的动力学过程）；重点开展新型晶态和非晶态激光材料的研究，主要包括半导体激光光泵的固体激光器（DPSSL）材料、宽波段的激光材料（紫外、红外、调谐）、新的透明陶瓷（纳米多晶）材料；重点研究关键激光材料新的制备方法和大尺寸高质量的激光材料的新工艺等。同时，在后续的讨论会中，干院士反复强调激光材料基础研究的重要性和战略意义，殷切地期盼年轻的研究人员能够静下心来，把更多的精力放在基础研究工作上，也呼吁有关部门能够重视激光材料的基础科学研究。
山东大学蒋民华院士作了题为"面向二十一世纪的人工晶体"的报告。进入21世纪人工晶体作为高科技领域和现代军事技术的关键材料越来越受到重视。信息技术、生物技术和纳米科技等主导科技将驱动功能晶体材料继续向前发展。全固态激光器（DPL）需求的人工晶体（包括激光晶体、非线性光学晶体、电光晶体等），根据应用的需求，向高功率、多波长、超快和人眼安全方向发展。我国人工晶体改革开放以来取得长足的进步，在世界上有一席之地，在无机非线性光学晶体领域居于领先地位，但是在激光材料（包括激光晶体）方面仍有较大差距，在产业化方面还不是强国。蒋院士提出：当前我国需要解决的主要关键科学问题有：1、全面建立各类晶体材料的创新系统，如材料设计的数据库和专家系统，材料快速筛选用的集成组合材料学方法等；2、结合高完整大晶体的生长，深入研究晶体生长的缺陷和机理，在解决困扰大单晶生长的"尺寸效应"的过程中发展晶体生长理论；3、设计和构建高效发光的结构环境，发展新的激光和闪烁晶体；4、探讨晶体对称性对晶体生长和晶体物性影响的规律；5、人工周期微结构材料的设计和制备技术的研究。优先发展方向是：1、在继续加强和发展我国在无机非线性光学晶体领域领先地位的基础上，大力发展有我国自主知识产权的激光晶体和电光晶体，使其中1-2种晶体达到国际领先水平；2、晶体生长过程中微观、亚微观缺陷形成规律及其与性能（光、电等结构敏感性能）关系的研究；3、高完整大尺寸晶体的生长、高精度加工的技术和设备的研究；4、以化学计量比铌酸锂（S-LN）晶体为主，发展QPM材料和技术的研究；5、优良光学介质的透明陶瓷（微/纳米聚晶）的研究；6、加强晶体生长过程的计算机模拟，发展有我国特色的晶体生长理论。
天津大学姚建铨院士的报告主题是"固体激光材料发展的若干建议"。他介绍了多波长全固态激光器（尤其是产生三基色激光器）和用混频产生Tera-Hz波长的研究进展以及复合激光棒的激光输出。掺杂和非掺杂晶体组成的复合激光材料可以降低材料的热透镜效应，对比发现复合材料的激光输出要高于普通的材料。同时还就以下几种主要的增益材料：如单晶、玻璃、微晶玻璃、陶瓷及它们的光谱性质进行了比较和分析。玻璃虽然可以得到大尺寸材料，但热导率太低。微晶玻璃虽具有好的热学性质：低的热膨胀系数和高的抗热振性，但散射偏高，效率降低。陶瓷生产程序简单，价格便宜，另外可以得到高浓度，大的增益介质，并且可以规模化生产，所以陶瓷激光是一个重要的发展方向。陶瓷激光具有几个发展前景：高功率Nd:YAG陶瓷激光、高效陶瓷激光、微片和高浓度陶瓷激光、双掺陶瓷激光、多层和多功能陶瓷激光。他还综述了几种高功率全固态激光，包括复合结构Nd:YAG、Yb:YAG、盘片激光器、陶瓷激光器、光纤激光、热容激光、低热泵浦的研究进展。介绍了中国工程物理研究院在盘片激光，热容激光方面取得的成绩即3kW的激光输出。从激光技术的角度对激光材料的研究和发展提出了一些建议。
中科院上海光学精密机械研究所范滇元院士作了题为"一代材料，一代器件"的报告。主要介绍了用于激光聚变的高功率激光器、用于高能量密度物理研究的高能拍瓦激光器、用于激光武器的大能量激光器和方兴未艾的中红外激光器等四类激光器的发展背景和对材料的需求。介绍了日本"激光-12"装置、美国NOVA装置、美国国家点火装置、我国神光-Ⅰ、神光-Ⅱ激光装置和神光-Ⅲ原型装置。聚变驱动器对激光材料的需求是单次工作的多品牌激光放大介质和可重复率工作的激光介质（晶体、非晶体）。需要研制出更高的量子效率、更长的荧光寿命、更低的非线性折射率、更大的增益带宽增益介质。Yb离子有优良的光谱特性，建议加强Yb离子掺杂体系的开拓。既有大的能量（单束千焦耳级）又有短的脉冲（皮秒、亚皮秒和飞秒），峰值功率达到PW量级（1015瓦）的激光统称为"高能拍瓦"。高能拍瓦激光是高能量密度物理（HEDP）研究的必要条件。高能拍瓦激光器对材料的需求是单次工作的高能拍瓦激光材料和重复率工作的超短超强拍瓦激光材料。需要寻求更好的大口径、高非线性系数、高负载强度的用于参量放大的非线性晶体材料以及开发更好的大口径、大增益带宽、高效率的用于高能量放大的激光介质。迄今为止，还没有一个能以10Hz以上重复率运行的超短超强拍瓦系统，原因之一是没有合适的激光材料，固体激光器是新一代武器候选者。国外近期目标是几到几十kW，下一步目标是100kW级。国内工程物理研究院已达到3kW以上，正向5kW前进。目前主要使用的激光介质还是老牌的YAG和新发展的GGG。当前，我们基本上还是跟着外国走。只有在材料上创新突破，才能后来居上，跨越发展。近年来，科学研究、国民经济和国防军工等各方面对中红外激光有迫切的需求。中红外激光光源主要包括化学激光器类、半导体激光器类、固体激光器类-参量放大型（OPO）和固体激光器类-稀土离子掺杂的晶体激光器。最后，范院士指出：激光四十多年发展历史已经证明，材料对激光器件具有重大的推动作用。期望对上述四类激光器：高功率聚变激光器、高能量拍瓦激光器、大能量武器激光器和中红外激光器，继续做出"一代材料、一代器件"的重要贡献。
中科院上海硅酸盐研究所江东亮院士作了题为"透明陶瓷材料的研究与发展动态"的报告。陶瓷属于多晶材料，陶瓷中存在气孔、杂质、晶界等缺陷，因此陶瓷一般不透明。但是采用特殊的工艺技术可以制备半透明和透明的陶瓷，陶瓷的透明度主要取决于气孔和粒子的尺寸和含量以及折射指数的匹配等。一般采用1、巨大晶粒尺寸生长；2、非常小晶粒尺寸（亚微米晶粒尺寸）低温长时间烧结工艺制备透明陶瓷。透明陶瓷在照明灯管、窗口、头罩和透明装甲、及陶瓷激光等方面具有广泛的应用价值。自从60年代中期首次报道了透明激光陶瓷材料（CaF2:Dy2+）以来，Nd掺杂的透明激光陶瓷受到了极大的关注。直到1995年Nd:YAG透明陶瓷取得突破，近年来Nd:YAG等透明激光陶瓷材料受到了激光领域界的高度重视。与激光晶体相比，陶瓷激光材料具有制造容易、价廉、高掺杂和可放大性等优点。红外透明陶瓷主要有MgF2，ZnS，TeCdHg，MgAl2O4，SiAlON，AlON，CVDβ-SiC等。透明装甲是透光且能抵抗子弹和碎片冲击的一类材料和系统，在战术和战略导弹、飞机、航天飞机、高能激光、无人战车、战场光学等方面也具有重要的应用价值，受到各国的高度重视。透明陶瓷材料将是高技术产业和国防军工的关键材料，透明陶瓷材料作为高性能陶瓷材料发展方向之一正日益受到广泛关注。透明陶瓷材料的研究与制备科学发展必须密切结合。
中科院上海光学精密机械研究所林尊琪院士作了题为"向惯性约束聚变（ICF)点火方向迅速发展的高功率激光驱动器"的报告。在ICF三大使命或目标牵引下, 未来10-20年将成为人类控制热核聚变的重要历史阶段。ICF的蓬勃发展的需求将推动光学、材料学、等离子体物理学、核科学、机械、电子、控制多学科的发展。我国制定的中长期发展规划中把ICF点火列入国家重大专项是对我国相关专业和工业基础发展的重要机遇和挑战。当前，激光驱动器技术发展的特点是：1、加大激光驱动器工程化的力度；2、推动了高性能激光材料、薄膜非线性及损伤研究的深入发展；3、使高能拍瓦（PW）激光系列技术向ICF快点火应用方向迅速发展；4、推动了光学、材料学科、大口径器件精密制造、精密调控以及几十项激光驱动器单元技术的发展。惯性聚变的三类ICF驱动器包括激光驱动器、粒子束驱动器和Z-Pinch驱动器。其中钕玻璃固体高功率激光驱动器是国际公认发展水平最高、最成熟的驱动器。ICF激光驱动方式有直接驱动和间接驱动。聚变点火的目标是使热核燃料获得可持续聚变反应（热核燃烧）放能的能力，并在惯性约束时间内完成有能量增益的微核爆全过程。三种ICF点火方式是体点火、中心点火和快点火。快点火仍是前沿探索性物理研究项目。激光核聚变可以长远解决人类能源需求，是中期军事应用目标。ICF研究拓展出来的"高能密度物理"，是一个富有活力的崭新科学研究领域。林尊琪院士介绍、比较了激光驱动器的基本需求和发展以及国内外正在运行的大型固体钕玻璃激光驱动器的性能参数。同时还介绍、比较了NIF工程的六大突破性进展以及神光Ⅱ和神光Ⅲ原型与NIF激光通量水平。目前，神光Ⅱ的规模位居国际运行装置的第三位，已跨入当代国际先进行列。神光Ⅱ、精密化及第九路工程的顺利完成，标志我国激光驱动器的技术水平实现了质的重大提升。具体表现在激光总体输出能力的大幅度提升、总体光束质量水平的质的提升、实现激光全光路自动准直设计新理念和方案的进步、激光束打靶高定点精度能力与国外相当、驱动器总体高效高稳定工作水平的大跨度科技进步等诸方面。
