? ? 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(fā)布了《先進(jìn)光電技術(shù)發(fā)展態(tài)勢研究》的精彩報告。
姜院士表示，20世紀(jì)70年代錢學(xué)森院士講21世紀(jì)光電子學(xué)將像20世紀(jì)的電子技術(shù)一樣得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
20世紀(jì)90年代，美國商務(wù)部曾經(jīng)有一篇文章，指出誰在光電技術(shù)方面取得主動權(quán)，誰就將在21世紀(jì)的尖端科學(xué)較量中奪魁。2000年6月，日本《呼聲》月刊評論21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)第一是光電產(chǎn)業(yè)。
中國光學(xué)泰斗王大珩院士說：21世紀(jì)光電子技術(shù)將以年倍增的爆炸速度增長；大家都知道20世紀(jì)的微電子技術(shù)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(yè)生產(chǎn)的倍增器，是科學(xué)研究的先行官，是國防軍事的戰(zhàn)斗力，是社會生活的物化法官。后來又進(jìn)一步闡明光學(xué)老又新，前程端似錦。
針對未來先進(jìn)光電技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，姜院士總結(jié)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(jī)理，新方法。
1、新材料。
2017年美國有一個案例，現(xiàn)在先進(jìn)的半導(dǎo)體材料特別個性，推出了一類新的半導(dǎo)體材料，不但增強(qiáng)了光電器件太陽能電池板的功能，而且材料用量比和常規(guī)的節(jié)省了100倍。我想至少是節(jié)省10倍。
2、新工藝。
美國麻省理工學(xué)院新型的光纖制造工藝，將高速的光電半導(dǎo)體器件植入到織物當(dāng)中。
北航王華明院士針對國家的特殊需求開發(fā)了數(shù)字孿生技術(shù)并獲得實際應(yīng)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(yīng)光電陣列探測器，在頻率響應(yīng)范圍方面達(dá)到了20dB。
中科院光電研究所的超分辨成像光刻設(shè)備制作了光刻器件，在365納米波長下，實現(xiàn)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(jī)理。
激光通訊世界上現(xiàn)在是炒得很熱，可惜世界上各個國家都是一點對一點，到現(xiàn)在也沒有用在很多領(lǐng)域上，長春理工大學(xué)發(fā)明了一個特殊的光學(xué)天線，裝置也做出來了，所以專家評價是國內(nèi)外首次提出。
5、新方法。
2013年美國的“支柱”微縮干涉光學(xué)成像項目，數(shù)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(tǒng)的望遠(yuǎn)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(jī)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(dá)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(xué)提出了虛實融合的，而且是瞬態(tài)干涉的復(fù)雜表面精密測量新方法，同時把變形的物質(zhì)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(wèi)星光學(xué)結(jié)構(gòu)納米傳感器研制出來了，而且可以植入人體穿戴設(shè)備中，幫助醫(yī)生檢測。
哈工大研究出來的“蟻群”微型機(jī)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(yuǎn)鏡，直徑達(dá)到39米。
中國國家天文臺在貴州已經(jīng)建成了，500米口徑，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)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(fā)布線寬為3納米的光刻機(jī)。
上海理工大學(xué)設(shè)計的一種激光干涉儀。
長春理工大學(xué)的地面模擬系統(tǒng)，最高精度達(dá)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(qū)動原理，獲得了53AS的孤立脈沖。
西安交通大學(xué)提出了新的壓縮超快時間光譜成像術(shù)。
中科院物理所測量紅外驅(qū)動的激光與高次諧波，產(chǎn)生光電子掃描條文達(dá)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(xué)室內(nèi)做研究，在激光通訊方面能夠超高速，達(dá)到128G，而且靈敏度達(dá)到了-37.3dbm。我們國家實踐20號衛(wèi)星搭載的，和地面通信已經(jīng)達(dá)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(xué)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(wù)“天問一號”探測器發(fā)射了一個中高分辨率的相機(jī)對火星表面成像，第二個是探測磁場環(huán)境，還有光譜分析儀，主要對火星礦物組進(jìn)行分析。歐洲航天局的“火星快車”在火星地表進(jìn)行大范圍、三維立體拍照。
2、多維度。
美國西北農(nóng)科大學(xué)用壓縮高光譜偏振成像，獲取目標(biāo)的強(qiáng)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(xué)將仿生技術(shù)和光學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，做了蛾眼微結(jié)構(gòu)，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(fù)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(zhǔn)系統(tǒng)，多譜段傳感器，近紅外等等這些配套設(shè)備，很全。中電11所全譜段的光譜成像儀，高分五號上已經(jīng)用上了，從可見到紅外都有了。
瑞士發(fā)布了世界上最小最輕的多譜段無人機(jī)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(fā)射月球大氣與粉塵環(huán)境探測器，環(huán)境測距，通信多功能都實現(xiàn)了。
長春理工大學(xué)和西安交通大學(xué)，國家天文臺開展的天基空間碎片測量，通信一體化設(shè)計等技術(shù)研究。
5、多學(xué)科。
韓國發(fā)布了電腦驗光儀，把光學(xué)技術(shù)、影像技術(shù)、眼科監(jiān)測技術(shù)結(jié)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(xué)重點實驗室，我國首個計算超分辨成像體制，光學(xué)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(xué)國家重點實驗室將微波和激光結(jié)合起來，建立了微波光子學(xué)，他們的波段0.8到31.1GHz的范圍，濾波都實現(xiàn)了。
四、“五化”
信息化，網(wǎng)絡(luò)化，自動化，數(shù)字化，智能化。
1、信息化。
德國的一家玻璃生產(chǎn)線上安裝上千個光學(xué)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(xué)研制出了車內(nèi)車外信息系統(tǒng)，比如說民房方面，環(huán)境怎么樣，運(yùn)行怎么樣，周圍有沒有其他干擾都可以看到這些數(shù)據(jù)參數(shù)。
2、網(wǎng)絡(luò)化。
美國的計劃把射頻激光結(jié)合起來，構(gòu)建一個天空地海一體化的網(wǎng)絡(luò)。我們國家2018年已經(jīng)決定，把網(wǎng)絡(luò)建成有800多顆衛(wèi)星的一體化網(wǎng)絡(luò)，四大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，網(wǎng)絡(luò)安全體系，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系，網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)，也就是萬物互聯(lián)，現(xiàn)在國際上也很重視。
3、自動化。
美國提出搞最強(qiáng)自動駕駛系統(tǒng)，他們也毫無掩飾，借助光學(xué)的力量，運(yùn)行起來比上一代更安全。國防科技大學(xué)研制了無人駕駛汽車，做得很不錯。
總參61所實現(xiàn)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(jī)器人視覺檢測技術(shù)，已經(jīng)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(xiàn)了自動化管理。
4、數(shù)字化。
美國公布的數(shù)字偽裝系統(tǒng)，主要是迷惑對方，你搞人工智能嘛，我就搞這個。看到戰(zhàn)機(jī)像云朵一樣，迷惑人工智能系統(tǒng)，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(xué)所在激光光束數(shù)字精密診斷方面取得了突出成果，把編碼分束、相位恢復(fù)算法結(jié)合起來。瑞士做的新型單兵數(shù)字偵查系統(tǒng)，很多功能都集成在一塊兒了，也配合單兵的數(shù)字地圖聯(lián)合使用，整個數(shù)字化已經(jīng)用得很明顯了。
5、智能化。
美國麻省理工學(xué)院把人工智能與光學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，使智能機(jī)器人能夠檢查他們以前從沒有見到過的隨機(jī)物體，在很多領(lǐng)域里面，徹底改變了現(xiàn)有機(jī)器人的勞動力水平。
我國光子人工智能芯片，團(tuán)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(shè)計、加工、封裝，測試全部在國內(nèi)完成。
當(dāng)時評價是彎道超車，趕上世界或者是領(lǐng)先水平。以色列有一個智能槍瞄，能捕獲到市場中的目標(biāo)，而且在自動化方面，已經(jīng)往前走了一大步。
?五、“五域”
空間探測，海洋探測，光電顯示，醫(yī)療健康，智慧城市。
1、空間探測。
這是美國的太空跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)計劃，在今年實現(xiàn)低軌目標(biāo)定位精度達(dá)到10米，高軌定位精度達(dá)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(chuàng)造性的所做的工作。而且是L2點進(jìn)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(xué)所近五年對寬幅相機(jī)也做得非常好，在850KM的高度上，超大幅寬的空間多光譜相機(jī)。
2、海洋探測。
美國激光雷達(dá)探測海洋里面的藻類，植物類的相關(guān)指標(biāo)。通過發(fā)射激光脈沖等等來感知里面的藻類，指標(biāo)表明激光雷達(dá)探測的海洋深度最高比衛(wèi)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(dá)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(shù)做的，大幅相機(jī)間距達(dá)到了微米級水平，象素是超過了25000ppi，應(yīng)該說是很大的進(jìn)步。
北京理工大學(xué)研制成功光學(xué)系統(tǒng)拼接頭盔和幾何波到超輕薄頭戴顯示樣機(jī)。
4、醫(yī)療健康。
日本廣電公司做的新款的光電心電圖機(jī)，采用光電技術(shù)，強(qiáng)大的分析程序等等，現(xiàn)在還是做得很好的，是高度自動化的光電身體檢測設(shè)備，對心電信號可以打印住結(jié)果的，這個用處就很大了。
5、智慧城市。
紐約市已經(jīng)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(fā)展成了全市最大的wifi網(wǎng)絡(luò)，安裝電子探測儀，實時偵測區(qū)內(nèi)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(chǔ)設(shè)施，強(qiáng)化整合大數(shù)據(jù)，人工智能，物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，城市綜合信息數(shù)據(jù)平臺，高速寬帶網(wǎng)絡(luò)，全面探測感知體系，城市大數(shù)據(jù)，城市運(yùn)行管理，智慧公共服務(wù)。目標(biāo)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(yùn)行聯(lián)動，一站創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，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(shù)據(jù)就不說了，而且在人臉支付方面也走在前面。
最后總結(jié)一下，總書記指出要把握數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化智能化融合發(fā)展的契機(jī)，以信息化、智能化為杠桿，培育新動能。信息化已經(jīng)成為全世界發(fā)展的主流，讓我們科技工作者繼續(xù)努力，勇攀高峰，努力促進(jìn)光電技術(shù)發(fā)展，為信息化、智能化和人類社會進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。
本文來源：http://www.cioe.cn/news/202009/202009111028112682.html
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