激光技术广泛应用于国防军工、基础科研、仪器仪表等场景
思瀚产业研究院 卓镭激光    2026-09-01

（1）国防军工

①冲击强化

飞机和航天器的关键结构部件常在高温、高压、高推比的恶劣环境中运行，容易发生疲劳断裂的情况。相关研究表明，超半数航空发动机部件失效，均由金属材料疲劳与腐蚀所致，严重威胁了航空发动机的安全性和可靠性。

航空结构件长期受离心力、气流激振力、热应力等载荷作用，表面易产生疲劳裂纹；当结构件处于 500℃以上高温、最大应力趋近材料屈服强度的周期性热应力工况时，表面裂纹会持续扩展，进而引发结构变形、疲劳断裂、外物损伤、磨损及腐蚀等各类失效故障。因此，航空结构件需兼具高承载性能、优异耐热性能与长期运行可靠性，行业亟需高效可靠的表面强化工艺，以此攻克构件疲劳失效难题。

激光冲击强化技术（Laser shock processing，LSP）是一项先进的表面强化技术，该技术通过高能量激光束对材料表面进行冲击，引入深度超过 1mm 的残余压应力层和晶粒细化层，从而有效提升材料的力学性能和疲劳寿命。相较于传统的喷丸强化、滚压球碾压强化等技术，激光冲击强化技术具有更优的强化效果、更强的可操控性和更广泛的适用性。

②低空防御

现代局部战场中，“低、慢、小”无人机因隐蔽性强、成本可控、部署灵活被大规模应用，承担情报侦察、目标定位、精准打击等任务，成为重塑战场形态的关键装备；面对其带来的战场威胁，高效可靠的防御装备是保障战场安全、掌握作战主动权的关键，也是现代国防建设及相关产业发展的重要方向。

高功率微波武器是一种可发射高功率、高集中能量微波的武器，通过对作战目标进行照射、干扰与破坏，可直接或间接导致飞行器自身电子电气设备失效、失能。该武器具备光速传播、瞄准精度要求较低、可同时杀伤多个目标等显著优势，战术应用价值显著，已成为各国重点研究的前沿装备领域。

高功率微波生成器件作为高功率微波武器的“心脏”，直接决定武器性能，其杀伤效能与作用范围，与所发射电磁波输出功率呈正相关关系。激光器在高功率微波武器中并不直接产生微波，而是在微波生成器件中通过驱动光电阴极产生高品质电子束，进而高效、可控、精准地触发生成高功率微波，是技术含量极高的前端组件；激光器性能直接决定电子束品质，进一步影响高功率微波的生成效率与运行稳定性，是高功率微波武器发挥实战效能的核心支撑。

③流场检测

激光器是高速流场检测的核心支撑器件，主要应用于非接触式精准测量场景。高速流场检测技术，可对高速气流、火焰流场等运动流体，快速精准测定流体的速度、组分、温度等参数，并实现流场瞬态结构的快速测量及可视化观测，广泛应用于航空航天发动机测试、高超音速飞行器气动分析等关键领域。

传统接触式探针法会干扰流场、降低精度，而激光器凭借高单色性、高方向性与高时空分辨率的优势，提供了非接触式测量解决方案，有效攻克极端流场高速瞬变、高温高压等检测难点，可精准捕捉流场关键参数与特征。粒子图像测速（PIV）是流场检测的主流技术，脉冲激光照明系统是其关键组成部分。该系统具备高能量、高重复频率输出特性，是实现复杂流体动力学与燃烧过程可视化探测的重要保障。其中，串脉冲激光器作为关键工具，可在毫秒级内发射高强度脉冲串，实现复杂动态现象的时间分辨可视化与定量测量，是超声速、高超声速装备及火箭发动机尾焰等高速流场测量不可或缺的核心器件。

（2）基础科研

①可控核聚变温度测量

核聚变属于核反应的一种类型，指在极端高温高压条件下将两个或多个质量较轻的原子核（通常是氘和氚）聚合为一个或多个较重的原子核和其他粒子的过程；在原子核聚合过程中，部分质量发生亏损并转化为巨大能量对外释放。可控核聚变是指可人为约束、稳定持续开展的核聚变反应，通过搭建实验装置模拟太阳内部的能量产生原理，实现聚变反应可控运行。

在全球能源结构转型过程中，可控核聚变是极具发展前景的核心方向，有望化解长期能源供需失衡的矛盾。当下传统能源体系弊端凸显，化石能源储量紧张且生态污染突出，各类可再生能源供电稳定性不足，难以承担基础供电重任，而核裂变能源则存在核废料处置、运行安全及大众接受度等现实难题。相较之下，核聚变能源兼具能量密度大、原料储备充足、运行安全可靠、环保无污染等突出优势，被视为极具发展潜力的终极清洁能源。

A、核聚变技术路径

目前，全球范围内的核聚变研究主要集中在磁约束聚变和惯性约束聚变两种主要的技术路径上。由于惯性约束聚变难以实现长时间持续的聚变功率输出，磁约束聚变方案凭借其稳定性以及技术基础成熟等多重优势，是当下研究最为广泛，也是未来最有可能推进聚变能源商业发电的可控聚变方式。

磁约束核聚变通过加热聚变燃料至极高的温度，使燃料完全电离形成等离子体，采用特殊结构的磁场形式把处于热核反应状态的高温等离子体约束在有限的体积内，使之受到控制地发生核聚变反应，并在此过程中释放出能量。磁约束聚变装置主要有托卡马克、仿星器、磁镜三种类型，代表性项目有中国的“东方超环”EAST 装置、BEST 装置、中国环流三号（HL-3）、新奥玄龙-50U 等，欧洲的 ITER（国际热核聚变实验堆）等。

B、可控核聚变温度测量

在磁约束核聚变装置的核心反应区域，等离子体温度可达上亿摄氏度，且核心区域处于强磁场、高真空环境，接触式测温会破坏等离子体约束状态，常规非接触式红外测温受等离子体反射干扰难以精准测量。激光汤姆逊散射是可控核聚变研究中测量等离子体电子温度的一种重要方式，它可以准确可靠地直接测量等离子体的电子温度。

汤姆逊散射是指激光在等离子体中传播时，激发电子或离子作受迫振动，发射出次级电磁辐射，形成散射波的现象。在实际温度测量应用中，通过将一束高

能量激光聚焦入射到等离子体中，高能量激光脉冲穿越等离子体内部产生汤姆逊散射效应，实现聚变核心温度的精准测量。

C、可控核聚变成为未来产业焦点

a、国家政策持续推动产业发展

可控核聚变作为引领未来的终极清洁能源技术，是我国布局未来产业、保障长期能源安全、推动能源体系绿色转型的战略方向。中央层面持续强化核聚变产业的战略定位，通过国家政策、法律法规与体系规划三大维度协同发力，引导加快产业布局。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要》将核聚变能定位为未来能源核心赛道与新经济增长点，纳入国民经济和社会发展中长期规划，推动可控核聚变从基础科研向工程化、产业化稳步迈进。2025 年 12 月，发改委发布的《加快构建现代化基础设施体系》要求加大核聚变技术攻关。2025年 9 月，《中华人民共和国原子能法》明确国家鼓励和支持受控热核聚变的科学研究与技术开发，为产业发展提供法治保障。

b、我国核聚变领域实现多项突破

我国的核聚变研究一步步从弱到强稳步发展，并逐渐与国际接轨。2006 年中国与欧盟等七方签署了 ITER 计划，旨在通过国际合作，共同建造一座具有大规模核聚变反应能力的实验堆，ITER 计划的启动，标志着磁约束可控核聚变能研发从原理探索、规模实验、燃烧实验逐步迈入反应堆工程实验阶段。同年，我国“东方超环”EAST 装置首次等离子体放电成功，是全球第一台全超导托卡马克装置。2020 年，中国环流三号（HL-3）建成投入运行，成为我国目前规模最大、参数能力最高的装置，将瞄准实验堆亟需的高参数等离子体等关键科学问题开展研究并进行技术验证。

c、核聚变未来市场预期

国内核聚变领域参与主体多元，已形成科研院所、国有企业与民营企业协同发展的格局。我国核心核聚变项目预计总投入约 1,460 亿元，2025-2028 年将全面进入资本开支扩张周期。未来 3-5 年，行业有望迎来集中招投标高峰，直接带动产业链上下游订单持续放量。若核聚变完全商业化，根据 Ignition Research 的预计，到 2050 年可控核聚变行业将成为一个至少一万亿美元的市场。

②新一代质子放疗设备

加速器科学是一门高度交叉的综合性学科，涵盖微波技术、真空技术、精密加工制造、冶金工程、自动控制、高性能计算、数据传输处理及等离子体、激光等多个科技领域。随着各细分领域新技术、新原理的发展，加速器科学也得以持续发展。其中，激光驱动的高梯度等离子体加速技术已成为当前研究热点与前沿攻关方向。

相较于传统加速器，激光加速产生的束流具备脉冲短、峰值流强高的特点，其工作原理为：超高光强脉冲激光与固体密度靶体相互作用，使靶体瞬间电离形成等离子体，再利用电荷分离产生瞬态高能量静电场，实现对质子的高效加速。激光加速产生的粒子束在核医学领域拥有广阔的应用前景，其中质子治疗作为前沿肿瘤诊疗技术，能够精准辐照肿瘤病灶，有效减少对人体正常组织的损伤，大幅降低治疗副作用，临床应用价值极高。激光加速器有望成为新一代质子放疗设备的核心部件，相较于传统大型质子加速器，在研制投入、运行维护成本、场地空间需求及安装难度等方面均具备显著优势。

高能量激光器是激光加速器中拍瓦级钛宝石激光系统的核心泵浦源，具有输出能量大、光斑分布均匀、光束质量高、工作稳定性高等特点，是高能激光质子束产生的核心光源，配合激光系统设备、质子加速系统设备，可以在微米量级的短距离中，获得大流量、准单能的高品质质子数，最终通过质子束流配送系统设备及治疗设备杀死癌细胞。

目前，我国传统国产质子治疗装置已跻身国际先进行列，激光加速器驱动质子放疗系统的成功研制，将助力我国在高端肿瘤放疗装备领域实现技术领跑。以北京大学为代表的国内科研机构，已积极开展激光加速器在粒子放疗领域的应用研究，在加速器稳定性、加速效率、粒子束质量控制等关键技术上取得了重要突破，为后续技术转化与产业化发展筑奠定了基础。

③激光地月测距

近年来，我国探月工程持续向深空探测领域纵深推进，已逐步实现月球探测、月背着陆、月球采样返回等关键目标，后续将推进载人登月、月球科研站建设等

重大任务。地月距离的精确测量是保障各项任务顺利实施的重要基础，地月距离的精准度直接影响探月航天器轨道规划、着陆点选址、在轨姿态调整及返回舱回收等关键环节的设计与执行，直接关系到探月任务的成功率、安全性及任务目标的实现效果，对我国探月及载人登月工程具有重要战略意义。

由于地月距离遥远，精确测距难度极大，高能量、窄脉宽、高精度激光光源已成为实现地月精准测距不可或缺的核心装备。激光测月原理是：在地面选取合适观测站，向月球表面角反射器阵列发射高能激光脉冲，激光经角反射器沿原光路平行返回地球，通过测量发射与接收的时间差，结合光速即可精确解算地月距离。

（3）仪器仪表

脉冲激光器可适配各类高端精密仪器仪表的测量需求，主要应用于光谱分析仪器、元素分析仪器、无损检测仪器、大气环境检测仪器等产品中。在光谱分析仪器中，脉冲激光器的窄脉宽特性可显著提升光谱分辨率，实现物质成分的精准分析，满足生物医药、材料检测等领域对配套仪器仪表的高性能需求；在元素分析仪器中，脉冲激光器通过激光烧蚀击穿材料形成等离子体，可快速、精准检测材料的元素组成与含量，是成分分析的核心技术手段之一；

在无损检测仪器中，脉冲激光器可通过非接触式检测方式，实现对材料内部缺陷、结构形变的精准识别；在大气环境监测领域，脉冲激光器可作为核心光源，依托激光散射与吸收原理，实现对大气颗粒物及有害气体的快速精准检测，该方式具有监测范围广、响应速度快、非接触、精度高等优势，适用于环境监测站、工业园区、城市空气质量监控等场景，为大气治理与环境管控提供可靠数据支撑。