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【展会资讯】未来先进光电技术发展态势:光电产业将成为第一主导产业

2020-09-11 10:28:11来源:CIOE中国光博会新闻标签:光电技术

    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,美国商务部曾经有一篇文章,指出谁在光电技术方面取得主动权,谁就将在21世纪的尖端科学较量中夺魁。2000年6月,日本《呼声》月刊评论21世纪具有代表意义的主导产业第一是光电产业。

    中国光学泰斗王大珩院士说:21世纪光电子技术将以年倍增的爆炸速度增长;大家都知道20世纪的微电子技术是遵照摩尔定律,一年半翻一番的速度增长。光电仪器仪表是工业生产的倍增器,是科学研究的先行官,是国防军事的战斗力,是社会生活的物化法官。后来又进一步阐明光学老又新,前程端似锦。

    针对未来先进光电技术的发展态势,姜院士总结为五个趋势:“五新”,“五特”,“五多”,“五化”,“五域”。

    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特别个性,推出了一类新的半导体材料,不但增强了光电器件太阳能电池板的功能,而且材料用量比和常规的节省了100倍。我想至少是节省10倍。

    2、新工艺。

    美国麻省理工学院新型的光纤制造工艺,将高速的光电半导体器件植入到织物当中。

    北航王华明院士针对国家的特殊需求开发了数字孪生技术并获得实际应用。

    3、新器件。

    日本对空间光通讯和光通信的要求,大靶面高速响应光电阵列探测器,在频率响应范围方面达到了20dB。

    中科院光电研究所的超分辨成像光刻设备制作了光刻器件,在365纳米波长下,实现了10纳米以下尺寸的加工,做得非常好,而且也在航天航空用上了。

    4、新机理。

    激光通讯世界上现在是炒得很热,可惜世界上各个国家都是一点对一点,到现在也没有用在很多领域上,长春理工大学发明了一个特殊的光学天线,装置也做出来了,所以专家评价是国内外首次提出。

    5、新方法。

    2013年美国的“支柱”微缩干涉光学成像项目,数百个直径1mm的透镜组成的阵列,不仅是尺寸、重量方面比传统的望远镜提升了很多,而且分辨率提高了10倍以上,这也通过了地面模拟实验。

    长春光机所提出了了一个方法,错开四分之一的位置,理论分辨率可以达到提高2倍,实际上也提高了1.8倍,这是一种新方法。

    北京理工大学提出了虚实融合的,而且是瞬态干涉的复杂表面精密测量新方法,同时把变形的物质和这个面本身,折射半径误差也缩小了,测量还是非常好的。

    二、“五特”

    特小,特大,特精,特快,特高。

    1、特小。

    澳大利亚的卫星光学结构纳米传感器研制出来了,而且可以植入人体穿戴设备中,帮助医生检测。

    哈工大研究出来的“蚁群”微型机器人,长3微米,直径2微米,做得很有用处。

    2、特大。

    欧洲南方天文台共同建造的极大望远镜,直径达到39米。

    中国国家天文台在贵州已经建成了,500米口径,现在已经发现了132颗脉冲星。

    3、特精。

    三星宣布7纳米的极紫光外光刻工艺,后来荷兰又发布线宽为3纳米的光刻机。

    上海理工大学设计的一种激光干涉仪。

    长春理工大学的地面模拟系统,最高精度达到0.2角秒。

    4、特快。

    美国利用脉宽12FS,中心波长1.7微米的红外激光作为驱动原理,获得了53AS的孤立脉冲。

    西安交通大学提出了新的压缩超快时间光谱成像术。

    中科院物理所测量红外驱动的激光与高次谐波,产生光电子扫描条文达到了160as,这是对中国来说有代表性的,在世界上是有地位的。

    5、特高。

    长春理工大学室内做研究,在激光通讯方面能够超高速,达到128G,而且灵敏度达到了-37.3dbm。我们国家实践20号卫星搭载的,和地面通信已经达到了10G,目前作为空间通信,用得最高的。

    三、“五多”

    多前沿,多维度,多谱段,多功能,多学科。

    1、多前沿。

    今年7月23日我们国家的长征五号,中国首次活性探测任务“天问一号”探测器发射了一个中高分辨率的相机对火星表面成像,第二个是探测磁场环境,还有光谱分析仪,主要对火星矿物组进行分析。欧洲航天局的“火星快车”在火星地表进行大范围、三维立体拍照。

    2、多维度。

    美国西北农科大学用压缩高光谱偏振成像,获取目标的强度、光谱和偏振这些量子,这几个纬度都获得了,而且在偏振方面是全时段的光谱。

    2018年长春理工大学将仿生技术和光学技术结合起来,做了蛾眼微结构,在龙虾眼等方面都做了研究。

    美国亚利桑那做的红外偏振复合成像仪,也是全偏振都做到了。

    3、多谱段。

    美国海军配备了光电多光谱瞄准系统,多谱段传感器,近红外等等这些配套设备,很全。中电11所全谱段的光谱成像仪,高分五号上已经用上了,从可见到红外都有了。

    瑞士发布了世界上最小最轻的多谱段无人机传感器,用途很广,而且绿光、黄光、红外、近红外都有了,军用上也有很多用法。

    4、多功能。

    美国航天航空局向月球发射月球大气与粉尘环境探测器,环境测距,通信多功能都实现了。

    长春理工大学和西安交通大学,国家天文台开展的天基空间碎片测量,通信一体化设计等技术研究。

    5、多学科。

    韩国发布了电脑验光仪,把光学技术、影像技术、眼科监测技术结合起来,这个仪器在人体检测上用非常有用处,特别是电脑验光,用起来特别方便。

    中科院的计算光学重点实验室,我国首个计算超分辨成像体制,光学成像载荷,这个做得不错,在700KM的轨道高度从2.8米到1.4米,提高一倍的分辨率。继承光学国家重点实验室将微波和激光结合起来,建立了微波光子学,他们的波段0.8到31.1GHz的范围,滤波都实现了。

    四、“五化”

    信息化,网络化,自动化,数字化,智能化。

    1、信息化。

    德国的一家玻璃生产线上安装上千个光学传感器,整个空间没有看见什么人,整个是信息化管理,所以他们说是信息化车间。长春理工大学研制出了车内车外信息系统,比如说民房方面,环境怎么样,运行怎么样,周围有没有其他干扰都可以看到这些数据参数。

    2、网络化。

    美国的计划把射频激光结合起来,构建一个天空地海一体化的网络。我们国家2018年已经决定,把网络建成有800多颗卫星的一体化网络,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。在芬兰召开的会议上,中国的华为公司提出6G时代,超出5G的物联网,也就是万物互联,现在国际上也很重视。

    3、自动化。

    美国提出搞最强自动驾驶系统,他们也毫无掩饰,借助光学的力量,运行起来比上一代更安全。国防科技大学研制了无人驾驶汽车,做得很不错。

    总参61所实现了从北京到天津,从北京到郑州都是往返无人实验,获得了圆满成功。我国机器人视觉检测技术,已经用于汽车零部件的自动检测,这方面也做得非常好,都有自动检测报告,实现了自动化管理。

    4、数字化。

    美国公布的数字伪装系统,主要是迷惑对方,你搞人工智能嘛,我就搞这个。看到战机像云朵一样,迷惑人工智能系统,把坦克、无人汽车或者是识别不出来,或者是隐身起来,所以总是有矛就有盾。

    上海光学所在激光光束数字精密诊断方面取得了突出成果,把编码分束、相位恢复算法结合起来。瑞士做的新型单兵数字侦查系统,很多功能都集成在一块儿了,也配合单兵的数字地图联合使用,整个数字化已经用得很明显了。

    5、智能化。

    美国麻省理工学院把人工智能与光学技术结合起来,使智能机器人能够检查他们以前从没有见到过的随机物体,在很多领域里面,彻底改变了现有机器人的劳动力水平。

    我国光子人工智能芯片,团队成员是清华、北大、北交大多高校的博士生组成,这个芯片的设计、加工、封装,测试全部在国内完成。

    当时评价是弯道超车,赶上世界或者是领先水平。以色列有一个智能枪瞄,能捕获到市场中的目标,而且在自动化方面,已经往前走了一大步。

    五、“五域”

    空间探测,海洋探测,光电显示,医疗健康,智慧城市。

    1、空间探测。

    这是美国的太空跟踪与监视系统计划,在今年实现低轨目标定位精度达到10米,高轨定位精度达到100米,这是了不起的精度,我们国家目前差距还是比较大的。2019年我们国家的嫦娥四号在月球背面,有创造性的所做的工作。而且是L2点进行测控和中继通讯,传回了世界第一章近距离的拍摄的月球背面的影像图。

    长春光学所近五年对宽幅相机也做得非常好,在850KM的高度上,超大幅宽的空间多光谱相机。

    2、海洋探测。

    美国激光雷达探测海洋里面的藻类,植物类的相关指标。通过发射激光脉冲等等来感知里面的藻类,指标表明激光雷达探测的海洋深度最高比卫星遥感探测的海洋深度要提高很多,是后者的三倍。

    沈阳自动化所研究的“海斗”号潜水器,最多的潜深达到了10767米,在世界上我们拥有第三个万米级无人潜水器。

    3、光电显示。

    韩国是全息图显示技术做的,大幅相机间距达到了微米级水平,象素是超过了25000ppi,应该说是很大的进步。

    北京理工大学研制成功光学系统拼接头盔和几何波到超轻薄头戴显示样机。

    4、医疗健康。

    日本广电公司做的新款的光电心电图机,采用光电技术,强大的分析程序等等,现在还是做得很好的,是高度自动化的光电身体检测设备,对心电信号可以打印住结果的,这个用处就很大了。

    5、智慧城市。

    纽约市已经做了很多工作,把旧式收费电话厅改成了一个智能屏幕,而且发展成了全市最大的wifi网络,安装电子探测仪,实时侦测区内交通等等方面,智能交通方面还是迈了很大一步。

    咱们国家是深圳市,一是信息基础设施,强化整合大数据,人工智能,物联网等信息技术,城市综合信息数据平台,高速宽带网络,全面探测感知体系,城市大数据,城市运行管理,智慧公共服务。目标很明确,就是一图全面感知,一号走遍深圳,一键可知全局,一体运行联动,一站创新创业,一屏智享生活。

    杭州也被评为《中国新型智慧城市》白皮书里最智慧的城市。利用城市智慧大脑把智慧交通建起来了,效果很好,这些数据就不说了,而且在人脸支付方面也走在前面。

    最后总结一下,总书记指出要把握数字化、网络化智能化融合发展的契机,以信息化、智能化为杠杆,培育新动能。信息化已经成为全世界发展的主流,让我们科技工作者继续努力,勇攀高峰,努力促进光电技术发展,为信息化、智能化和人类社会进步贡献力量。