先进光电领域发展趋势与前沿技术

核心提示在2020年9月9日上午举行的中国国际光电高峰论坛上,中国工程院姜会林院士发布了《先进光电技术发展态势研究》的精彩报告。姜院士表示,20世纪70年代钱学森院士讲21世纪光电子学将像20世纪的电子技术一样得到突飞猛进的发展。20世纪90年代,

2020年9月9日上午,在中国国际光电高峰论坛上,中国工程院姜会林院士发布了题为《先进光电技术发展态势研究》的精彩报告。江院士说,上世纪70年代,钱学森院士就说过,21世纪的光电子学要像20世纪的电子技术一样突飞猛进。

20世纪90年代,美国商务部有一篇文章指出,谁在光电技术上占据主动,谁就将赢得21世纪尖端科学竞赛的最高奖项。2000年6月,日本《声音》月刊评论说,21世纪的主导产业是光电产业。

中国著名光学学者王大珩院士说:在21世纪,光电子技术将以每年翻一番的爆炸速度增长;众所周知,根据摩尔定律,20世纪的微电子技术在一年半内翻了一番。光电仪器是工业生产的倍增器,是科学研究的先锋,是国防和军事的战斗力,是社会生活的物化判官。后来进一步明确了光学是古老而又崭新的,有着光明的未来。

针对未来先进光电技术的发展趋势,江院士总结了五大趋势:五新、五特、五多、五变、五域。

第一,“五新”

:新材料,新工艺,新器件,新机理,新方法。

1.新材料。

2017年,美国有一个案例。现在,先进的半导体材料具有特殊的个性,推出了一类新的半导体材料,不仅增强了光伏太阳能电池板的功能,而且比常规材料节省了100倍的材料消耗。我想至少存10次。

2.新技术。

麻省理工学院(MIT)的新型光纤制造工艺,将高速光电半导体器件植入织物。北京航空航天大学王华明院士针对我国的特殊需要,开发了数字孪生技术,并得到了实际应用。

3.新设备。

为满足日本空光通信和光通信的要求,大靶面高速响应光电阵列探测器的频率响应范围达到了20dB。

中科院光电所的超分辨率成像光刻设备做出了一个光刻装置。在365 nm波长下,10 nm以下尺寸的加工已经做的很好了,在航天空上也有使用。

4.新机制。

激光通信现在在国际上很热,但是很可惜,世界上每个国家都是点对点的,到现在很多领域都没有用上。长春理工大学发明了一种特殊的光学天线,装置也制成了,所以国内外首次提出专家评审。

5.新方法。

2013年,美国的“Pillar”微型干涉光学成像项目,由数百个直径为1mm的透镜组成的阵列,不仅在尺寸和重量上比传统望远镜提高了很多,分辨率也提高了10倍以上,还通过了地面模拟实验。

长春光机所提出了一种新方法,通过错开四分之一位置,可以将理论分辨率提高2倍,实际提高1.8倍。这是一种新方法。

北京理工大学提出了一种虚实结合、瞬态干涉的复杂曲面精密测量新方法。同时,变形材料和表面本身的折射半径误差也减小了,测量仍然很好。

二、“五专”:

特小,特大,特精,特快,特高。

1、

极小

澳大利亚的卫星光学纳米传感器已经开发出来,它可以植入人体可穿戴设备,帮助医生检测。哈工大研发的“蚁群”微型机器人,长3微米,直径2微米,非常好用。

2.特大号的。

欧洲天文台联合建造的巨大望远镜,直径39米。中国国家天文台建在贵州,直径500米,现在已经发现了132颗脉冲星。

3、特殊。

三星公布了7 nm的紫外光刻工艺,后来荷兰发布了线宽3 nm的掩膜版光刻机。上海科技大学设计的激光干涉仪。长春理工大学的地面模拟系统精度最高,为0.2角秒。

4.快递。

采用脉宽为12FS、中心波长为1.7μ m的美国红外激光器作为驱动光源,获得了53AS的孤立脉冲。Xi交通大学提出了一种新的压缩超快时间谱成像技术。中科院物理所测量红外驱动激光和高次谐波,光电子扫描规定达到160as,在中国具有代表性,在国际上也有地位。

5.极高。

长春理工大学室内研究表明,在激光通信方面可以实现超高速,达到128G,灵敏度达到-37.3dbm,我国实践20号卫星与地面的通信已经达到10G。目前作为空之间的通信,使用最为广泛。

三、“五多”:

多前沿,多维度,多谱段,多功能,多学科。

1.多边界。

今年7月23号,我们国家的长征五号,中国第一个主动探测任务“田文一号”发射了一个中高分辨率的相机对火星表面成像,嫦娥二号是探测磁场环境,还有一个光谱分析仪,主要分析火星的矿物群。欧洲航天局的“火星快车”在火星表面拍摄大尺度三维照片。

2.多维度。

美国西北农业大学利用压缩高光谱偏振成像获得目标的强度、光谱和偏振。这些纬度都得到了,偏振谱是全时的。

2018年,长春理工大学将仿生技术与光学技术相结合,做了蛾眼的显微结构,做了龙虾眼的研究。

美国亚利桑那州制造的红外偏振合成成像仪也是全偏振的。

3.多光谱段。

美国海军装备有光电多光谱瞄准系统、多光谱传感器、近红外等配套设备,齐全。高芬五号上使用了中电科的11台全光谱成像仪,从可见光到红外都有。

瑞士发布了世界上最小最轻的多光谱无人机传感器,用途广泛,有绿光、黄光、红外光和近红外光,还有很多军事用途。

4.多功能。

NASA 空向月球发射了月球大气和尘埃环境探测器,实现了环境测距和通信功能。

长春理工大学、Xi交通大学、国家天文台开展了天基空碎片测量与通信一体化设计技术研究。

5.多学科。

韩国发布了一款电脑验光仪,融合了光学技术、成像技术和眼科监测技术。这个仪器在人体测试中非常有用,尤其是电脑验光,用起来特别方便。

中科院计算光学重点实验室,中国首个计算超分辨率成像系统,光学成像载荷,这个做得不错,700KM轨道高度从2.8米翻倍到1.4米,增加了分辨率。继承光学国家重点实验室,将微波和激光结合起来建立微波光子学,并对其0.8 GHz ~ 31.1 GHz波段范围进行了滤波。

四。“五个现代化”:

信息化,网络化,自动化,数字化,智能化。

1.信息化。

德国一条玻璃生产线上安装了上千个光学传感器,整个空房间里看不到一个人。整个房间都是信息管理,所以他们称之为信息车间。长春理工大学开发了车内外信息系统。例如,您可以从住宅建筑、环境、操作以及周围是否有其他干扰方面看到这些数据参数。

2.网络。

美国计划结合射频激光建立一个天空空地球和海洋的一体化网络。2018年,我们国家已经决定把网络建成800颗以上卫星、四大系统网络技术体系、网络安全体系、网络标准体系、网络政策体系的综合网络。在芬兰举行的大会上,中国华为公司提出了6G时代超越5G的物联网,即现在国际上非常重视的万物互联。

3.自动化。

美国提出了最强的自动驾驶系统,他们毫不掩饰。有了光动力的帮助,跑起来比上一代更安全。国防科技大学研发了无人驾驶汽车,做得非常好。

总参61所实现了北京到天津、北京到郑州的往返无人实验,取得圆满成功。中国的机器人视觉检测技术已经用于汽车零部件的自动检测,在这方面做得非常好,自动检测报告,自动管理。

4.数字化。

美国公布的数字伪装系统主要是为了迷惑对方。你搞人工智能,我就搞这个。见战机如云,迷惑人工智能系统,让坦克和无人车要么无法识别,要么看不见,所以总是有矛有盾。

上海光学研究所结合编码分束和相位恢复算法,在激光光束数字化精密诊断方面取得了突出成就。瑞士制造的新型单兵数字侦查系统集多种功能于一体,还配合单兵数字地图使用。整个数字化已经用的很明显了。

5.智力。

麻省理工学院将人工智能与光学技术相结合,使智能机器人能够检查他们从未见过的随机物体。在很多领域,它彻底改变了现有机器人的劳动水平。

中国的光子人工智能芯片,团队成员是清华、北大、北交大的博士生,在中国设计、加工、封装、测试。

当时的评价是弯道超车,追上世界或者一路领先。以色列有智能枪瞄准,可以在市面上捕捉目标,自动化前进了一大步。

动词 (verb的缩写)“五域”:

空间探测,海洋探测,光电显示,医疗健康,智慧城市。

1.空之间的检测。

这是美国的一个跟踪和监控系统计划。今年,低轨道目标的定位精度将达到10米,高轨道目标的定位精度将达到100米,这是一个了不起的精度。目前我国还有很大的差距。2019年,我们国家的嫦娥四号在月球背面,做着创造性的工作。而且是L2点进行测控和中继通信,发回世界第一章近距离拍摄的月球背面图像。

近五年来,长春光学研究所在大幅面相机方面也做得不错,850KM高空的空超大幅面多光谱相机。

2.海洋探险。

美国激光雷达探测海洋中藻类和植物的相关指标。通过发射激光脉冲等来感知里面的藻类,指标显示激光雷达探测到的最大海洋深度远高于卫星遥感探测到的,是后者的3倍。

沈阳自动化研究所研究的“海都”号潜水器最大深度为10767米,我们拥有世界上第三个万米级无人潜水器。

3.光电显示。

它是由韩国全息显示技术制成的。大摄像头间距达到微米级,像素超过25000ppi,应该说是一个很大的进步。

北京理工大学成功研制出光学系统拼接头盔和几何波至超薄头盔显示器样机。

4.医疗卫生。

日本广播电视公司生产的新型光电心电图机采用光电技术,强大的分析程序等。,而且还做的不错。这是一个高度自动化的光电人体检测设备,可以打印心电信号的结果,所以非常有用。

5.智能城市。

纽约做了很多工作,把老旧的收费电话厅改成了智能屏,发展成了全市最大的wifi网络。在安装电子探测器,实时检测区域内的交通等等方面,智能交通已经迈出了一大步。

我们国家是深圳。一是信息基础设施,加强大数据、人工智能、物联网等信息技术融合,城市综合信息数据平台、高速宽带网络、综合检测感知系统、城市大数据、城市运营管理、智慧公共服务。目标很明确,就是一张图全面感知,一次深圳之行,一键了解全局,一次运营联动,一站式创新创业,一屏智慧享受生活。

杭州还被评为中国新型智慧城市白皮书中最智慧的城市。利用城市智慧大脑建设了智慧交通,效果非常好。这些数据我就不说了,刷脸支付我领先。

最后总结一下,国家指出要把握数字化、网络化、智能化融合发展的机遇,以信息化、智能化为杠杆,培育新动能。信息化已经成为世界发展的主流。让我们科技工作者继续努力,勇攀高峰,努力推动光电技术的发展,为信息化、智能化和人类社会的进步做出贡献。

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