“真激光”光束組成的參天大樹穿過雪花火炬臺
2月20日晚，北京冬奧會在“鳥巢”國家體育館落下帷幕。閉幕式上，總導演張藝謀借用“折柳送別”的典故，用一條條柳枝寄托情思，愿世界人民能夠帶走中國友誼。與此同時，一棵由激光組成的參天大樹在舞臺中央拔地而起，穿過主火炬臺直達天際。
這棵由光束組成的大樹，背后借助了顯示領域前沿的“真激光”技術，由杭州中科極光科技有限公司（以下簡稱“中科極光”)自主研發(fā)。
從接到冬奧會邀請到正式演出的兩年時間里，中科極光配合導演進行了大量的調試和改裝。雖然經(jīng)歷了一番波折，但最終中科極光還是讓真激光成功登上了冬奧會閉幕式的舞臺。在這背后，是其團隊在激光顯示領域近四十年的深入研究。在科學家們孜孜不倦地研發(fā)工作下，國家終于解決了顯示技術長久以來“卡脖子”的難題。中國激光顯示產(chǎn)業(yè)隨之走上國際領先地位，國產(chǎn)替代推動行業(yè)整體發(fā)展。
鈦媒體App 近日專訪了中科極光副總經(jīng)理劉治，深入了解冬奧會幕后故事，以及我國激光顯示產(chǎn)業(yè)40年間從研發(fā)底層專利技術到商業(yè)化應用的發(fā)展歷程。
2019年5月，中科極光接到了冬奧會的邀請。劉治回憶，最初張藝謀導演的計劃是在開幕式時將主火炬設計為無火的形式，利用光束連接鳥巢和崇禮。而在市面上現(xiàn)存的光源中，只有激光能實現(xiàn)這樣強指向性、方向性、顏色飽滿的效果。于是，中科極光被邀請參與到節(jié)目的籌備中來。
北京冬奧會閉幕式“真激光”光束
但在節(jié)目籌備的過程中，無火方案被國際組委會認為過于前衛(wèi)而沒有被采用。中科極光團隊錯過了開幕式的參與機會。劉治坦言，當時心里是有些失落的。但就在大約閉幕式前一周時，導演組又向中科極光發(fā)來邀請需要光源相關特效，中科極光為開幕式準備的設備恰好能滿足這個需求。于是，接到任務的工作人員緊急將設備從杭州運往了北京，并在冬奧會現(xiàn)場進行了幾天幾夜的緊張調試和保障工作。
由于節(jié)目效果保密，關于運輸設備過去具體做什么、能否入選閉幕式事先并不知情，直到直播當天劉治和同事們才真正看到了完整的節(jié)目效果。當晚，“折柳送別”登上微博熱搜，成為閉幕式最出圈的節(jié)目。同樣，鳥巢上空的光束穿云破霧，也給人們留下了深刻的印象。
據(jù)鈦媒體APP了解，除了在閉幕式上呈現(xiàn)的白色光柱形態(tài)，中科極光“真激光”光束產(chǎn)品突破了了市面上以綠光為主的產(chǎn)品形態(tài)，基于真激光技術可呈現(xiàn)10.7億色的無極調色，為舞臺呈現(xiàn)提供更多可能。
另外值得一提的是，“真激光”所具備的低功耗優(yōu)勢也符合“綠色冬奧”的理念。相比于其他混合光源的技術路線，“真激光”技術光效高達17.8 lm/w ，配合高效的熱管理技術，可真正實現(xiàn)高亮度、低能耗，為“綠色奧運”站好最后一班崗。
這樣的國家大型活動劉治和其團隊近年來參與了很多，例如新中國成立70周年人民大會堂文藝匯演、建黨100周年上海黃浦江燈光秀、改革開放40周年慶典等等。劉治談道，“能夠為祖國的重大活動就在關鍵時刻發(fā)揮作用，真的是無比的榮耀?？赡苣闫綍r不覺得，但是在真正看到成果的時候，就覺得能夠為祖國出一份力，還是感到很激動。”
中科極光是中國科學院理化技術研究所的科技成果轉化企業(yè)。這次應用在冬奧會中的真激光技術，是中科院自主研發(fā)的激光顯示底層技術。激光顯示是繼黑白、彩色、數(shù)字之后的“第四代顯示技術”。“真激光”以三基色激光為光源，經(jīng)過先進的架構工藝，實現(xiàn)了圖像高保真再現(xiàn)，可全面實現(xiàn)BT.2020超高清國際電視標準，同時能耗是傳統(tǒng)光源的三分之一到四分之一。
中科極光不是國內(nèi)唯一做三色激光技術的企業(yè)，但是唯一擁有真激光底層專利技術的中國企業(yè)。
1977年，中科極光現(xiàn)在的首席科學家，中科院物理所院士許祖彥參與研發(fā)了國家戰(zhàn)略戰(zhàn)術級別高能激光項目。在進行激光研究時，許院士生發(fā)了激光是否也能應用于顯示產(chǎn)業(yè)的想法。
在當時，顯示產(chǎn)業(yè)核心技術由美國和日韓企業(yè)掌握。中國顯示企業(yè)從顯像管到LCD液晶，都沒有自己的底層專利，只能購買產(chǎn)品線，當時最先進的技術都是從美國流轉到日本、再到臺灣，然后中國大陸從臺灣購買產(chǎn)品線，導致我國在顯示產(chǎn)業(yè)一直受制于國外的技術，不能擁有真正的自主性，絕大多數(shù)利潤被外資品牌搶走。
許院士認為，中國在顯示產(chǎn)業(yè)想要擁有真正的自主性，就要擁有自己的知識產(chǎn)權。于是，許祖彥帶領團隊開始研發(fā)激光顯示的底層技術。于是當時許院士就希望能夠研發(fā)出真激光而不是過度光的顯示技術，他認為，中國人要做自己的電視，要有自己的知識產(chǎn)權，不能一味去學別人。
對于40年前的科技水平來說，這個技術實現(xiàn)的難度非常之大，劉治說道，首先當時還沒有半導體光源，已有的發(fā)光物質中并沒有材料能夠直接實現(xiàn)紅綠藍三種顏色的激光。于是從光源開始去進行研究，就使用當時理化所的一種倍頻晶體去改變光的波長來得到顏色。“這就好比我們要蒸包子，但不是從和面開始，而是從種小麥開始。”
對真激光的研發(fā)實際經(jīng)歷了從氣態(tài)到固態(tài)激光器，到混合光源，即固態(tài)激光器加上半導體激光器，到最后的全半導體激光器這樣一個不斷摸索的過程。中間還有如何解決整機顯示技術，選用什么波長的光，如何抑制激光的散斑效應等等問題，這個過程是充滿了艱辛的，最后才終于攻克了全自主三色激光顯示技術。
在國家“863”計劃和中科院創(chuàng)新工程的支持下，許祖彥院士聯(lián)合中科院5個研究所聯(lián)合攻克了全自主“真激光”顯示技術。我國第一次爭取到了一種顯示技術的先發(fā)優(yōu)勢。
中科極光工程師模擬演示
如今，全球顯示產(chǎn)業(yè)規(guī)模每年在3500億美元左右，我國的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也超過了每年4000億元人民幣。2015年-2020年，我國激光電視市場復合增長率達213.8%。激光顯示的應用不僅僅在于激光電視。在激光投影、影院光源、工程亮化、極端環(huán)境科研設備，乃至VR、全息技術和元宇宙中，激光顯示也有著廣泛的想象空間。
劉治表示，元宇宙世界對顯示技術提出了更高的要求。激光顯示由于具有精準性、色深度、投影式原理等屬性，可以基于空間算法的真正虛擬3D，有希望解決現(xiàn)在VR、AR頭顯產(chǎn)品易導致眩暈等問題。
隨著激光顯示市場不斷擴大，激光顯示產(chǎn)業(yè)加速規(guī)?；?，作為在激光顯示領域處于國際領先地位的中國，也迎來了新的發(fā)展機遇。
中國現(xiàn)在的激光技術，無論是軍事級別，還是民用級別，都達到了世界頂尖的水平。一些應用型企業(yè)積攢了大量的應用型專利技術。當沒有底層技術的時候，應用技術只是無本之木。但是當有了底層技術，想要快速發(fā)展，應用層的專利技術就必不可少。
激光顯示先后入選十二五、十三五和十四五發(fā)展規(guī)劃。在國家的大力支持下，近20年來，中國申請和授權的激光顯示專利超過7000項，占全球激光顯示專利比例的50%以上。專利布局覆蓋光源、控制、光機、整機和光學元件，已初步形成專利池。
同時，中國本土上下游激光產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)已經(jīng)超過100家，中國市場也是全球最大的激光顯示創(chuàng)新市場和消費市場。
從技術到產(chǎn)業(yè)，中國在激光顯示關鍵材料、元件、技術、整機及專利等方面已具備自主可控發(fā)展產(chǎn)業(yè)的條件。中國終于有能力擺脫長久以來被海外企業(yè)引領市場標準的困境，結束進口顯示產(chǎn)線的歷史。激光顯示迎來了新一輪技術商業(yè)化落地的爆發(fā)期。
全球激光技術發(fā)展至今曾形成兩個規(guī)?；a(chǎn)業(yè)——光存儲和光通訊，激光顯示技術或可成就第三個規(guī)模化產(chǎn)業(yè)，拉動中國光電產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻變化。
（本文首發(fā)鈦媒體APP，作者｜實習編輯 李如嘉，編輯｜天鵬）
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