未來先進光電技術發展態勢:光電產業將成為第一主導產業

? ? 來源:CIOE中國光博會新聞? ? ? ? ? ? 標簽:光電技術

? ? 在2020年9月9日上午舉行的中國國際光電高峰論壇上,中國工程院姜會林院士發布了《先進光電技術發展態勢研究》的精彩報告。

姜院士表示,20世紀70年代錢學森院士講21世紀光電子學將像20世紀的電子技術一樣得到突飛猛進的發展。

20世紀90年代,美國商務部曾經有一篇文章,指出誰在光電技術方面取得主動權,誰就將在21世紀的尖端科學較量中奪魁。2000年6月,日本《呼聲》月刊評論21世紀具有代表意義的主導產業第一是光電產業。

中國光學泰斗王大珩院士說:21世紀光電子技術將以年倍增的爆炸速度增長;大家都知道20世紀的微電子技術是遵照摩爾定律,一年半翻一番的速度增長。光電儀器儀表是工業生產的倍增器,是科學研究的先行官,是國防軍事的戰斗力,是社會生活的物化法官。后來又進一步闡明光學老又新,前程端似錦。

針對未來先進光電技術的發展態勢,姜院士總結為五個趨勢:“五新”,“五特”,“五多”,“五化”,“五域”。

一、“五新”

新材料,新工藝,新器件,新機理,新方法。

1、新材料。

2017年美國有一個案例,現在先進的半導體材料特別個性,推出了一類新的半導體材料,不但增強了光電器件太陽能電池板的功能,而且材料用量比和常規的節省了100倍。我想至少是節省10倍。

2、新工藝。

美國麻省理工學院新型的光纖制造工藝,將高速的光電半導體器件植入到織物當中。

北航王華明院士針對國家的特殊需求開發了數字孿生技術并獲得實際應用。

3、新器件。

日本對空間光通訊和光通信的要求,大靶面高速響應光電陣列探測器,在頻率響應范圍方面達到了20dB。

中科院光電研究所的超分辨成像光刻設備制作了光刻器件,在365納米波長下,實現了10納米以下尺寸的加工,做得非常好,而且也在航天航空用上了。

4、新機理。

激光通訊世界上現在是炒得很熱,可惜世界上各個國家都是一點對一點,到現在也沒有用在很多領域上,長春理工大學發明了一個特殊的光學天線,裝置也做出來了,所以專家評價是國內外首次提出。

5、新方法。

2013年美國的“支柱”微縮干涉光學成像項目,數百個直徑1mm的透鏡組成的陣列,不僅是尺寸、重量方面比傳統的望遠鏡提升了很多,而且分辨率提高了10倍以上,這也通過了地面模擬實驗。

長春光機所提出了了一個方法,錯開四分之一的位置,理論分辨率可以達到提高2倍,實際上也提高了1.8倍,這是一種新方法。

北京理工大學提出了虛實融合的,而且是瞬態干涉的復雜表面精密測量新方法,同時把變形的物質和這個面本身,折射半徑誤差也縮小了,測量還是非常好的。

二、“五特”

特小,特大,特精,特快,特高。

1、特小。

澳大利亞的衛星光學結構納米傳感器研制出來了,而且可以植入人體穿戴設備中,幫助醫生檢測。

哈工大研究出來的“蟻群”微型機器人,長3微米,直徑2微米,做得很有用處。

2、特大。

歐洲南方天文臺共同建造的極大望遠鏡,直徑達到39米。

中國國家天文臺在貴州已經建成了,500米口徑,現在已經發現了132顆脈沖星。

3、特精。

三星宣布7納米的極紫光外光刻工藝,后來荷蘭又發布線寬為3納米的光刻機。

上海理工大學設計的一種激光干涉儀。

長春理工大學的地面模擬系統,最高精度達到0.2角秒。

4、特快。

美國利用脈寬12FS,中心波長1.7微米的紅外激光作為驅動原理,獲得了53AS的孤立脈沖。

西安交通大學提出了新的壓縮超快時間光譜成像術。

中科院物理所測量紅外驅動的激光與高次諧波,產生光電子掃描條文達到了160as,這是對中國來說有代表性的,在世界上是有地位的。

5、特高。

長春理工大學室內做研究,在激光通訊方面能夠超高速,達到128G,而且靈敏度達到了-37.3dbm。我們國家實踐20號衛星搭載的,和地面通信已經達到了10G,目前作為空間通信,用得最高的。

三、“五多”

多前沿,多維度,多譜段,多功能,多學科。

1、多前沿。

今年7月23日我們國家的長征五號,中國首次活性探測任務“天問一號”探測器發射了一個中高分辨率的相機對火星表面成像,第二個是探測磁場環境,還有光譜分析儀,主要對火星礦物組進行分析。歐洲航天局的“火星快車”在火星地表進行大范圍、三維立體拍照。

2、多維度。

美國西北農科大學用壓縮高光譜偏振成像,獲取目標的強度、光譜和偏振這些量子,這幾個緯度都獲得了,而且在偏振方面是全時段的光譜。

2018年長春理工大學將仿生技術和光學技術結合起來,做了蛾眼微結構,在龍蝦眼等方面都做了研究。

美國亞利桑那做的紅外偏振復合成像儀,也是全偏振都做到了。

3、多譜段。

美國海軍配備了光電多光譜瞄準系統,多譜段傳感器,近紅外等等這些配套設備,很全。中電11所全譜段的光譜成像儀,高分五號上已經用上了,從可見到紅外都有了。

瑞士發布了世界上最小最輕的多譜段無人機傳感器,用途很廣,而且綠光、黃光、紅外、近紅外都有了,軍用上也有很多用法。

4、多功能。

美國航天航空局向月球發射月球大氣與粉塵環境探測器,環境測距,通信多功能都實現了。

長春理工大學和西安交通大學,國家天文臺開展的天基空間碎片測量,通信一體化設計等技術研究。

5、多學科。

韓國發布了電腦驗光儀,把光學技術、影像技術、眼科監測技術結合起來,這個儀器在人體檢測上用非常有用處,特別是電腦驗光,用起來特別方便。

中科院的計算光學重點實驗室,我國首個計算超分辨成像體制,光學成像載荷,這個做得不錯,在700KM的軌道高度從2.8米到1.4米,提高一倍的分辨率。繼承光學國家重點實驗室將微波和激光結合起來,建立了微波光子學,他們的波段0.8到31.1GHz的范圍,濾波都實現了。

四、“五化”

信息化,網絡化,自動化,數字化,智能化。

1、信息化。

德國的一家玻璃生產線上安裝上千個光學傳感器,整個空間沒有看見什么人,整個是信息化管理,所以他們說是信息化車間。長春理工大學研制出了車內車外信息系統,比如說民房方面,環境怎么樣,運行怎么樣,周圍有沒有其他干擾都可以看到這些數據參數。

2、網絡化。

美國的計劃把射頻激光結合起來,構建一個天空地海一體化的網絡。我們國家2018年已經決定,把網絡建成有800多顆衛星的一體化網絡,四大系統網絡技術體系,網絡安全體系,網絡標準體系,網絡政策體系。在芬蘭召開的會議上,中國的華為公司提出6G時代,超出5G的物聯網,也就是萬物互聯,現在國際上也很重視。

3、自動化。

美國提出搞最強自動駕駛系統,他們也毫無掩飾,借助光學的力量,運行起來比上一代更安全。國防科技大學研制了無人駕駛汽車,做得很不錯。

總參61所實現了從北京到天津,從北京到鄭州都是往返無人實驗,獲得了圓滿成功。我國機器人視覺檢測技術,已經用于汽車零部件的自動檢測,這方面也做得非常好,都有自動檢測報告,實現了自動化管理。

4、數字化。

美國公布的數字偽裝系統,主要是迷惑對方,你搞人工智能嘛,我就搞這個??吹綉饳C像云朵一樣,迷惑人工智能系統,把坦克、無人汽車或者是識別不出來,或者是隱身起來,所以總是有矛就有盾。

上海光學所在激光光束數字精密診斷方面取得了突出成果,把編碼分束、相位恢復算法結合起來。瑞士做的新型單兵數字偵查系統,很多功能都集成在一塊兒了,也配合單兵的數字地圖聯合使用,整個數字化已經用得很明顯了。

5、智能化。

美國麻省理工學院把人工智能與光學技術結合起來,使智能機器人能夠檢查他們以前從沒有見到過的隨機物體,在很多領域里面,徹底改變了現有機器人的勞動力水平。

我國光子人工智能芯片,團隊成員是清華、北大、北交大多高校的博士生組成,這個芯片的設計、加工、封裝,測試全部在國內完成。

當時評價是彎道超車,趕上世界或者是領先水平。以色列有一個智能槍瞄,能捕獲到市場中的目標,而且在自動化方面,已經往前走了一大步。

?五、“五域”

空間探測,海洋探測,光電顯示,醫療健康,智慧城市。

1、空間探測。

這是美國的太空跟蹤與監視系統計劃,在今年實現低軌目標定位精度達到10米,高軌定位精度達到100米,這是了不起的精度,我們國家目前差距還是比較大的。2019年我們國家的嫦娥四號在月球背面,有創造性的所做的工作。而且是L2點進行測控和中繼通訊,傳回了世界第一章近距離的拍攝的月球背面的影像圖。

長春光學所近五年對寬幅相機也做得非常好,在850KM的高度上,超大幅寬的空間多光譜相機。

2、海洋探測。

美國激光雷達探測海洋里面的藻類,植物類的相關指標。通過發射激光脈沖等等來感知里面的藻類,指標表明激光雷達探測的海洋深度最高比衛星遙感探測的海洋深度要提高很多,是后者的三倍。

沈陽自動化所研究的“海斗”號潛水器,最多的潛深達到了10767米,在世界上我們擁有第三個萬米級無人潛水器。

3、光電顯示。

韓國是全息圖顯示技術做的,大幅相機間距達到了微米級水平,象素是超過了25000ppi,應該說是很大的進步。

北京理工大學研制成功光學系統拼接頭盔和幾何波到超輕薄頭戴顯示樣機。

4、醫療健康。

日本廣電公司做的新款的光電心電圖機,采用光電技術,強大的分析程序等等,現在還是做得很好的,是高度自動化的光電身體檢測設備,對心電信號可以打印住結果的,這個用處就很大了。

5、智慧城市。

紐約市已經做了很多工作,把舊式收費電話廳改成了一個智能屏幕,而且發展成了全市最大的wifi網絡,安裝電子探測儀,實時偵測區內交通等等方面,智能交通方面還是邁了很大一步。

咱們國家是深圳市,一是信息基礎設施,強化整合大數據,人工智能,物聯網等信息技術,城市綜合信息數據平臺,高速寬帶網絡,全面探測感知體系,城市大數據,城市運行管理,智慧公共服務。目標很明確,就是一圖全面感知,一號走遍深圳,一鍵可知全局,一體運行聯動,一站創新創業,一屏智享生活。

杭州也被評為《中國新型智慧城市》白皮書里最智慧的城市。利用城市智慧大腦把智慧交通建起來了,效果很好,這些數據就不說了,而且在人臉支付方面也走在前面。

最后總結一下,總書記指出要把握數字化、網絡化智能化融合發展的契機,以信息化、智能化為杠桿,培育新動能。信息化已經成為全世界發展的主流,讓我們科技工作者繼續努力,勇攀高峰,努力促進光電技術發展,為信息化、智能化和人類社會進步貢獻力量。

本文來源:http://www.cioe.cn/news/202009/202009111028112682.html

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