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光子学技术创新助力社会可持续发展

来源：滨松光子学商贸（中国）有限公司分类：新品 2024-02-26 17:00:06 70阅读次数

近百年来，随着数次工业革命的技术革新，生产力爆炸式增长，经济水平跨越式提升，一切似乎都欣欣向荣、蓬勃发展。然而，新冠疫情的席卷、温室效应的持续、全球能源的紧缺等生存问题，无时无刻不在警示着我们，人类社会迎来飞速发展的同时，也给我们赖以生存的地球，带来了前所未有的破坏。

那么，如何才能在不破坏地球的前提下，促进人类社会的可持续发展？

一直以来，光子学，凭借着以学术科研主导行业未来的技术发展独特性，承担着塑造可持续发展不可或缺的核心责任。现如今，地球观测卫星已经可以通过跟踪气候变化使得可持续农业变为可能，节能照明和光纤通信已经减少了我们的总能源消耗，高效经济的太阳能电池板已经实现了绿色能源的制造与储备，以及还有更多数不清的光子学技术案例，都在源源不断地从资源节约角度提供着行业解决方案。2024年1月27日至2月1日，由国际光学工程协会（SPIE）在美国旧金山主办的Photonics West西部光电展，正是聚集了全球光子学行业力量的年度盛会。让我们聚焦学术科研，看一看都有哪些最新的光子学技术创新。

图1 西部光电展现场

2024年1月29日，法国里昂纳米研究所的Huiru Ren，在《二氧化钛纳米压印在可持续光子传感器中的应用》的报告中，介绍了一种利用无毒、稳定、廉价且原料丰富的二氧化钛材料，结合低污染、高性价比的纳米压印光刻工艺制造的光子晶体生物传感器。这种二氧化钛光子晶体生物传感器在提高了诊断可靠性的同时，旨在减少体外诊断医用耗材（比如新冠试纸、验孕试纸、血糖试纸等）在废弃物处置过程中对环境造成的负面影响。

图2 纳米压印二氧化钛光子晶体示例 [1] Huiru Ren, et al, TiO2 nanoimprint for photonic sensor application (2023)

现有照明技术中，基于环保材料InGaN制备的蓝色LED已经得到普遍应用，但是相应地对于依赖更高铟浓度的红色LED，由于InN和GaN之间的晶格失配，高浓度铟的存在会导致应力缺陷，进而严重降低器件的量子效率。目前红色LED普遍采用的是含有剧毒磷的AlInGaP，同时当其尺寸降低至20 μm以下时，其效率也会急剧下降。2024年1月30日，威斯康星大学麦迪逊分校的Shubhra Pasayat发表了题为《利用多孔III族氮化物的长波长发射器》的报告，提出了一种基于多孔氮化镓的InGaN红色发射器。由于多孔氮化镓不会产生应力缺陷，因而可以成功实现基于环保材料InGaN制备的红色LED，同时也解决了20 μm以下AlInGaP红色LED效率不足的问题。

图3 多孔氮化镓示例[2] Pasayat, Shubhra Shweta, Design and application of compliant III-nitride substrates using Porous GaN (2021)

海上风力发电的远距离传输依赖于海底电缆，其中，温度的持续监测对于确保海底电缆的完整性以及接收故障的早期预警起着至关重要的作用。2024年1月30日，法国FEMTO-ST研究所的Maxime Romanet发表了题为《基于单光子探测器的140 km布里渊光时域反射计》的报告，介绍了现有海底电缆监测应用中，技术领先的一种光纤分布式温度传感方法。这种方法可以在无需任何光信号中继器、拉曼放大系统、编码解决方案的辅助下，突破性地实现了长达140 km的远距离温度信号测量，从而更好地为海上风力发电的远距离传输保驾护航。

图4 分布式布里渊响应测量示意图[3] Maxime Romanet, et al, Single-photon detector-based long-distance Brillouin optical time domain reflectometry, EPJ Web of Conferences, 09013 (2023) EOSAM 2023 28

2024年1月31日，内布拉斯加大学林肯分校的Graham Kaufman发表了题为《用于增强二氧化碳电催化还原的超短脉冲激光处理铜表面的功能研究》的报告，介绍了一种应用超短脉冲激光在铜基板表面进行微米级或纳米级表面改性的技术。该技术可以通过表面改性调整铜的催化活性和选择性，增强从二氧化碳转化为可用作燃料的化合物（比如甲烷和乙醇）的电催化还原反应，因而有望在未来规模化地助力碳中和进程。

图5 铜表面改性及激光系统示例[4] Mark Anderson, Graham Kaufman, Formation mechanism of micro/nanoscale structures on picosecond laser pulse processed copper, Materials Today Advances 19 (2023) 100412

从节能减排到可再生资源，从环境保护到绿色能源，这些激动人心的最新进展也只是本届西部光电展精彩纷呈的一部分，光子学领域的研究者们仍在不断努力，通过探索光子学的技术潜力，期待解决当今世界面临的挑战。

“探索未知未涉，成为中国光产业的推动者”，秉承着始终如一的事业愿景，在坚持普及光子学技术、坚持推动光子学应用的同时，时刻保持着对新科学、新技术、新应用、新市场的高度关注。立足于光电核心器件供应商，一直以来，十分重视与国内学术科研的长期战略合作，从联合实验室共建到应用技术方案合作，公司正在加强探索校企深度融合的有效方式，希望助力国内光子学行业高质量发展的同时，为实现人类社会的可持续发展，贡献自己的光子学力量。