中国科学院老科学技术工作者协会

简 报

﹝2024﹞ 第五十六期（总第1016期）

中国科学院老科协办公室 2024年5月3日

《超短超强高功率激光的发展及其应用》

学术沙龙新闻稿

由中国科学院老科协、中国科学院上海分院主办；中国老科协、中国科协创新战略研究院和上海市老科协支持；中国科学院上海分院老科协承办的《超短超强高功率激光的发展及其应用》学术沙龙于2024年4月15日下午，在中国科学院上海分院举行。

学术沙龙邀请了中国科学院老科协、上海市老科协、中国科学院上海分院、上海科技大学、华中科技大学、上海师范大学、上海华为有限公司、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院上海有机化学研究所、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、中国科学院上海天文台、中国科学院上海药物研究所等相关单位老专家、学者共35人出席。

沙龙由中国科学院上海分院老科协主任祝如荣研究员主持。他说：本次学术沙龙得到了科学院老科协、中国老科协、中国科协创新战略研究院、中国科学院上海分院、上海市老科协的大力支持和高度重视，表示衷心感谢。

中国科学院上海光学精密机械研究所和张江高科技园区在党中央的关心下，建立超短超强高功率激光大科学装置(SULF)，并与医学、电子、计算等多个学科深度交叉融合，为现代生物医学基础研究和临床应用提供了全新的机遇。本次学术沙龙邀请了中国科学院上海光学精密机械研究所两位在超强超短激光应用方面有突出贡献的专家作主旨报告和主题报告。还有来自高校，企业，研究所的专家学者参加。

【主旨报告】何飞研究员：《激光生物医学:医工融合的新前沿》

一 .关于激光

激光，原子受激幅射的光。

1917年,爱因斯坦提出了受激幅射理论。关于光与物质的相互作用，他提出了光除自发辐射和吸收外,还有第三种作用，就是受激辐射理论。

1953年,查尔.汤斯与学生制造出微波激射器(MASER)

1957年,戈登.古尔德首次在他的实验笔记中定义了激光(Laser)

1958年,贝尔实验室首次申请了光学激射器的专利

1960年,西奥多.梅曼在世界上首次制作出激光器。

1961年,在王大恒,王志江等老科学家的带领下，我国第一台红宝石激光器研制成功。中国与美国、跟世界的差距只有一年。

1963年12月，毛主席在听取聂荣臻汇报我国十年发展纲要时说：死光(当时激光这个名字还没诞生)要组织一批人专门研究它。要吃了饭不干别的事儿，专门研究它。没有成绩，不要紧（摘自《毛泽东选集》）。中国科学院陆续建立了长春和上海光机所等，通过几代人的耕耘，才有我国现有的新高度。

二.激光在医疗上的运用

生命健康是我国家十四五规划的重要组成部分。激光在医疗上用途非常多,常规的如爆破癌细胞、飞秒治疗近视、肿瘤切除以及治疗静脉曲张、微创碎石等.在生命健康方面，经过筛选，我们在癌症、针灸、脑科学放面都有些应用。关于激光和新质生产力的联系，重点介绍以下三方面内容：

1.光免疫疗法

癌症一般用药物、手术和放、化疗。我们开展的光免疫疗法,已上临床。光免疫疗法(PIT)=光动力疗法(PDT)+免疫疗法。光动力疗法:激发光敏剂-单态氧-细胞死亡,毒性低。免疫疗法:利用自身防御机制产生抗体,特异性较好.PIT对健康细胞杀伤率低，治疗效果好。

2.癌症光疗(PTT&PDT)

将PTT或PDT的光敏药物通过静脉注射给病人;PTT或PDT的光敏药物随后分布在全身各处;通过靶向策略或分子激活使药物在癌细胞中积累(蛋白酶,肿瘤微环境缺氧); 将特定波长的激光，靶向肿瘤,导致PDT或 PTT从基态跃迁到激发态;激发 PTT或 PDT剂,带来的热损伤和化学损伤导致肿瘤消融。

临床肿瘤光疗的激光注入方案与适应类型：表面辐照，头颈部癌;乳腺癌;体壁转移癌;体表淋巴结转移;骨转移。激光纤维穿刺;距离体壁几厘米,可以安全穿刺的癌症。内窥镜辐照治疗食道癌;胃癌。

3.光免疫疗法(PID)诞生与愿景

PID利用近红外光照射破坏癌细胞，并唤醒身体对癌细胞免疫反应，拥有双重疗效。美国和日本多家医院已实施PID。

3. 针灸

2017年习近平主席访问世界卫生组织，赠送的国礼是一个针灸铜人雕塑。我们探讨为啥会有激光针灸？

激光针灸是低强度的激光。高强度激光可以切割肿瘤，做激光手术。低功率激光，提高脉冲频率，可以刺激穴位。产生一系列有益的生物效应：加速组织修复和细胞生长；抗炎，镇痛，免疫调节，改善神经功能与血管活性，增强代谢活性，触发点解析与穴位刺激。激光刺激穴位与银针刺激的作用非常相似。

生物调节的Amdt-Schultz定律表明;低剂量光照，将刺激生物过程，高剂量光照将抑制生物进程。较低的光剂量和更多的治疗点导致最佳的生物刺激。较高的光剂量和较少的治疗点导致最佳的生物抑制。激光针灸产生刺激作用或抑制作用的这个定律，是激光针灸的依据。激光能调节波长、脉宽和频率，与银针比较更科学，更精准。

激光针灸有各种模式:有侵入式与非侵入式.如用光纤深入刺激.或用红外发射的光。激光有很多参数，偏振、振幅、相位、频率，还有波长等，激光针灸的模式也不一样。

四．近红外光谱成像(FNIRS)-脑机接口新前沿

近红外光谱成像，可以快速实现光谱影像连续采集,在900-1700nm波段具有较高灵敏度和稳定性,可通过辅助像机实现对扫描区域的监控.fNIRS是近红外光谱成像，又称光学核磁，不直接去测神经活动，而是通过测血流反推神经活动。好处是非侵入式，不用开颅，老少皆宜。从婴儿时代调控孩子注意力，自闭症，抑郁症等等，是有一系列用途的，具有临床疗效。

它的工作原理是通过测量含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对变化，通过两个光集，然后发射不同波长的光，造成血管增强扩张，影响血流。血流的增加和减少会对红外光有反应。通过测量，可以解析含氧和脱氧性蛋白的含量。血红蛋白的含量就是血流活动的兴奋程度以及抑制程度。通过血流活动再来反推神经活动，这是脑机接口的原理。

本人脑际接口的研究方向是视觉。视觉是什么？并不是盲人视网膜的修复。大脑是有一个地图的（神经界面），管听觉、视觉、嗅觉、感知觉，分得很清楚。后脑勺这个位置管视觉，脑接口要瞄准这个视觉。不通过眼睛，由脑机接口实现大脑交互。对天生盲人或视障，会有很好的效果。因为患者大脑是正常的，只是没有视觉概念，没看到过外面的世界。期望能通过大脑的视皮层神经来做个视障修复，让患者重见光明。

结束语：激光与“新质生产力”，这就是包括芯片与光刻，光计算与AI，聚变能源，这将是一个庞大的新型产业。

【主题报告】於亮红《超短超强激光的发展及其应用》

自2003年，第一套拍瓦量级飞秒激光系统诞生以来，世界各大实验室都开始竞相发展飞秒拍瓦激光，Science杂志评价：这项工作将影响到各行各业，从聚变到天体物理等。超强超短激光装置已经遍布北美、欧洲、亚洲等科技发达地区的各大实验室。超强超短激光驱动的粒子加速以及次级辐射光源有望为产业应用提供全新的技术手段。超短超强激光加速质子/离子束对癌症进行治疗最大程度减少对健康细胞的损伤，已不是遥不可及的事，大量实验证明是完全可能的。

超短超强激光对核废料进行无害处理，是一项里程碑式的研究工作。如果成功，再也不会发生核废料排入大海的荒唐事件。激光核聚变是一项伟大的研究工作，也是解决人类对能源依赖的问题。今年，科学家们在西藏测量到了宇宙中到达地球的PeV（电子伏特）高能光子。人们想知道宇宙中的什么加速器能够让光子达到这个能量，因为激光器已经无法达到这样能量的光子了，还是要靠光和带电的粒子的相互作用。

在相对论框架下面，带电粒子与光的相互作用能够把等效的光强呈数量级的提升，这样的技术能进一步深入人类对更高的光强下的物理的认知。同时能量转化为质量的过程，这与宇宙的起源相关的一些问题是分不开的，比如宇宙早期正反物质同时被产生，然后湮灭。但今天我们确找不到反物质，是什么机制导致了这样的不对称？我们的实验是一个光子，它会转化为正电子跟负电子，由此提供了一个很好的实验平台来研究同等数量的正反物质的湮灭过程。在真空中，正反物质产生湮灭的时间窗口是 10负21次方秒，我们把它叫仄秒。所以我们探测手段要跟得上，能够去测世界快速发生的变化，这也会推动我们整个超快科学的发展。如果将来能掌握反物质，也许我们可以把它作为一个能量的来源。霍金当年有一个很好的设想：利用正反物质湮灭产生的能量作为星际航行的燃料。设想也许未来我们可以通过激光实现一个反物质的发生器，当然这都是在我们对反物质的认识有进一步深入理解之后。

超强超短激光因能够将能量在时间和空间上聚焦到非常小的尺度，推动了激光装置的小型化，使得这种超强激光逐渐应用于各种领域。包括激光医疗、光通信、激光加工、超快成像等。随着技术的发展和成本的降低，预计超强超短激光的应用将进一步扩展，为各个领域带来更多的创新和突破。

【建言献策】

“羲和”（超强超短激光）这样的大型激光装置，提供了最强大的激光。它可以创造出宇宙中像恒星内部、黑洞边缘那样极端的物理条件。目前，超强超短激光的应用主要集中在科研领域。

1960年激光发明以来，先后有12位科学家的研究成果与激光相关，分别获得诺贝尔物理、化学奖。2018年和2023年，超强超短激光和阿秒光脉冲的发明相继获得诺贝尔物理学奖。激光发明以来，我国与国际先进水平还有差距。表现在首创成果缺乏，高水平成果较少；关键器件的国产化也有差距，技术转化成产品，做精做细还需努力。激光和超强超短激光已经在化学、材料和生物医学等多领域内得到广泛应用。激光及其次级辐射源正在发展成为微观粒子探测与控制，以及医学诊断和治疗的有力工具。太赫兹技术作为一种前沿的生物医学工具，也将为医工融合提供新的机遇。建议能否和医院合作研究，共同开发。

上海华为有限公司的技术专家鞠博士（光机所培养）对激光与物质互相作用十分感兴趣，希望在华为公司研发产品过程中，能与光机所合作共同开发相关产品。

【领导讲话】

中国科学院上海分院副院长王燕：谨代表上海分院、分院老科协对科学院老科协和上海市老科协长期以来对我们工作上的支持帮助表示感谢。向莅临沙龙指导的曹以玉、赵震声俩位副理事长、王迅会长表示欢迎。向出席活动的各位领导、专家和老科技工作者致敬。

2017年以来，上海分院老科协举办了14场学术沙龙活动。沙龙质量逐年提高，沙龙成果多次在中国科学院“智慧火花”上发表。分院老科协的学术沙龙已逐渐成为中国科学院老科协和上海市老科协沙龙工作的品牌。

上海分院将一如既往地重视和支持上海分院老科协的工作。

上海市老科协王迅副会长说：每次到上海分院老科协，都感受到不一样的新意。精心组织，水平很高。今天学术沙龙，听到了很多新的东西。举办学术沙龙吸收许多年轻人参加，也是创新，体现了老科协的工作方向。希望上海分院老科协在今年的工作中取得好成绩。

中国科学院老科协副理事长赵震声：今天两位报告人都很年轻，激光这个学科本来就是一个年轻的专业。飞秒激光是激光领域最前沿的内容。中国科学院上海光所在中国激光界是走在前面的。长春光机所偏重于工程，上海光机所侧重基础研究。在激光领域里的一些大家、院士，很多都出自上海光机所，为国家输送了大量人才，值得骄傲。希望年轻一代能够发扬前辈科技工作者的传统，在国内培养出来我们所期待的大家。就像各位搞飞秒激光那样，能够在这个方面把我们的事业有所突破。李儒新院士做的超短超强高功率激光大科学装置，不仅在中国占有一席之地，还要在国际上占有一席之地。要在自己的圈子做第一，走出去也要做出贡献。我们期待中国科学院上海光机所能够在国内激光领域继续起老大哥的作用。

中国科学院老科协曹以玉副理事长：今年全院有37个学术沙龙，上海是第二个举办，上海分院老科协走在了前面。2017年以来，上海分院老科协已经举办了14期，都非常成功。

今天学术活主题的选择，定位比较准确。全院沙龙从2012年开始设置，沙龙名字叫做:科学技术前沿学术沙龙。希望沙龙的定位具有学术前沿性。今天这两个报告，也是比较前沿的:主报告多次说新质生产力，代表了国家的需求的方向。两个报告的选题定位准确，符合科学院老科协关于沙龙的主题定位。

讨论十分热烈。来自各个方面的十一位专家学者发言，不同思想互补完善，激发了智慧火花。他们的一些激光方面的观点，是比较前沿、实用，符合国家发展方向，讨论是充分的，参与度比较广泛。光机所为主，也有院外的。有国内著名的企业和高校人员、老一辈科学工作者、研究生等。参与面比较广，这也符合沙龙要求。组织严密。上海分院领导、分院老科协和光机所老科协精心安排，主旨和主题报告精彩到位，会务组织周到充分。这个学术沙龙的举办是成功的。

按照习总书记的要求，要抢占科技制高点的工作正在部署。这是中央对科学院的重大政治任务和科技任务。侯院长说要充分发挥离退休老同志在实施重大科技任务方面的经验优势，建言献策。希望上海分院老同志也能发挥相应的作用。离退休干部工作局、科学院老科协将继续支持上海分院和分院系统老科协的工作，在经费和其它方面给予支持和帮助。

上海分院老科协主任祝如荣：谢谢二位副理事长的鼓励。近年来，我们举办沙龙侧重了后疫情时期医疗健康的一些建言献策。如芯片的“危”与“机”、脑机接口等非常前沿的沙龙报告。举办空间生命科学沙龙邀请了匡定波院士和龚惠兴院士，邀请的专家学者也很全面，希望能够产生一些新的思想火花。明年争取在上海举办高端沙龙。

上海科创中心在习近平总书记的关心下，已经在集成电路、人工智能、生物医药等领域取得了重要进展。特别是100拍瓦的超强超短激光装置即将建成，两种特性的激光结合，探测中功率电子动力学效应和宇宙超高能粒子加速等新物理的研究，有望取得新的进展。希望两束交汇的激光，会产生令人震撼的现象，甚至产生诺贝尔奖水平的新成果。路漫漫其修远兮，希望新一代科学家和老一辈科学家共同努力，为我国的科学研究攀登上更高的科技巅峰。

（中国科学院上海分院老科技工作者协会供稿）