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市場研究

面向2035 信息領(lǐng)域激光技術(shù)發(fā)展趨勢展望

星之球科技 來源:江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2020-07-12 我要評論(0 )   

激光技術(shù)自發(fā)明以來,就開始廣泛應(yīng)用于信息領(lǐng)域。激光技術(shù)促進了信息技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,已是當(dāng)今信息科技發(fā)展的主要動力?!拔覈す饧夹g(shù)與信息應(yīng)用2035 發(fā)展戰(zhàn)略研究...

激光技術(shù)自發(fā)明以來,就開始廣泛應(yīng)用于信息領(lǐng)域。激光技術(shù)促進了信息技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,已是當(dāng)今信息科技發(fā)展的主要動力。“我國激光技術(shù)與信息應(yīng)用2035 發(fā)展戰(zhàn)略研究”是中國工程院設(shè)立的重點咨詢項目“我國激光技術(shù)與應(yīng)用2035 發(fā)展戰(zhàn)略研究”的課題之一,旨在對我國激光技術(shù)在信息領(lǐng)域的應(yīng)用及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況開展全面研究,凝練信息領(lǐng)域激光技術(shù)的發(fā)展趨勢,提出能夠促進該領(lǐng)域發(fā)展的合理建議。本文通過介紹光通信、激光顯示、光存儲、光傳感等幾個激光技術(shù)在信息領(lǐng)域的主要應(yīng)用,對其國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀、主要關(guān)鍵技術(shù)、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進行了深入分析,研究提出:確立研究方向重點,布局核心技術(shù)開發(fā);搭建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺,提高技術(shù)創(chuàng)新水平;注重知識產(chǎn)權(quán)保護,加強高端人才培養(yǎng);引導(dǎo)“政產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同,促進成果轉(zhuǎn)化合作;加大政策扶持力度,引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展;發(fā)揮產(chǎn)業(yè)集聚優(yōu)勢,增強企業(yè)競爭能力。


一、前言

與傳統(tǒng)光源相比,激光光源具有單色性好、相干性強、亮度高和方向性好等優(yōu)點,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、通信、醫(yī)療、科研、國防等諸多領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用。激光的發(fā)明和發(fā)展引發(fā)了光學(xué)的重大變革 [1],推動信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進,并引領(lǐng)人類進入信息時代。尤其是半導(dǎo)體激光器的問世,直接促成了光纖通信技術(shù)的應(yīng)用,使通信技術(shù)的發(fā)展從電子時代跨入光電子時代。

激光技術(shù)的迅速發(fā)展已滲入到信息技術(shù)領(lǐng)域的各個方面,作為電子信息技術(shù)的延伸和發(fā)展,取得了舉世矚目的成就,已成為當(dāng)今信息科技發(fā)展的主要推動力。目前,激光在信息領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出激光成像、測距、傳感、探測、通信、信息處理、顯示、存儲等多個方向,對推動國家信息化、國防建設(shè)、航空航天、能源環(huán)境等民生及國家重大戰(zhàn)略安全領(lǐng)域做出了巨大貢獻,也為科學(xué)探索和科技創(chuàng)新提供了前所未有的手段和機遇。

激光在信息領(lǐng)域的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)系到我國創(chuàng)新型國家的全面發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,雖然我國激光信息技術(shù)取得了重要的進展,然而在基礎(chǔ)元器件開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化等方面與國際先進水平仍存在較大差距。面對激烈的國際競爭,需要抓住國際科技和經(jīng)濟發(fā)展,以及我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略機遇,加快發(fā)展激光信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)能力。


二、激光技術(shù)在信息領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

激光技術(shù)在信息領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,直接推動了人類文明進入信息時代,對信息領(lǐng)域具有最深遠和廣泛的影響,并突出體現(xiàn)在基于激光技術(shù)發(fā)展起來的光通信、激光顯示、光存儲、光傳感等幾個信息領(lǐng)域。


(一)光通信技術(shù)

現(xiàn)代通信技術(shù)對激光的依存度非常高,是激光技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域,采用激光為載波的光通信技術(shù)已經(jīng)成為最重要的現(xiàn)代通信技術(shù)。光通信可以實現(xiàn)語音、圖像和數(shù)據(jù)等信息傳輸,具有速率高、容量大、抗干擾能力強等優(yōu)點,根據(jù)傳輸媒介主要分為光纖通信和無線激光通信。

1. 光纖通信

光纖通信以激光源為載波、光導(dǎo)纖維為傳導(dǎo)媒質(zhì),來實現(xiàn)信息的傳輸,已經(jīng)應(yīng)用 40 多年。光纖通信的傳輸速度更快、能量損耗更小、激光調(diào)制速率更高,對通信性能的提高是顛覆性的,具有巨大的經(jīng)濟價值和無限的產(chǎn)業(yè)前景 [2]。華人科學(xué)家高錕發(fā)明的低損耗光纖與半導(dǎo)體激光器等一系列技術(shù)的突破推動了光纖通信在 1976 年開始商業(yè)化應(yīng)用,并發(fā)展了 0.85 μm、1.31 μm 和 1.55 μm 三個波段激光載波以及波分復(fù)用、相干通信等第五代通信技術(shù),隨著激光器性能的提高,單信道 400 Gb/s 商用設(shè)備已投入運營。

由于光纖通信帶寬的提升,發(fā)端于 20 世紀60 年代的美國國防部網(wǎng)絡(luò)演化成為目前全球通用的互聯(lián)網(wǎng),形成了信息高速公路。另外,正因為近20 年來光纖通信技術(shù)推動著網(wǎng)絡(luò)容量不斷提高(已達每秒幾十太字節(jié)),才使移動通信帶寬和服務(wù)用戶數(shù)量不斷擴大,成為當(dāng)今發(fā)展最快的領(lǐng)域。作為20 世紀人類社會所取得的最偉大的技術(shù)成就之一,光纖通信技術(shù)是人類向信息化時代邁進不可替代的重要基石,已成為全球信息化的支撐技術(shù),導(dǎo)致了經(jīng)濟全球化,改變了形成幾百年的經(jīng)濟模式,人類生活質(zhì)量獲得迅速提升。

我國在光纖通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方面均取得了較快發(fā)展 [3],光通信設(shè)備和系統(tǒng)的研制以及工程應(yīng)用能力已經(jīng)躋身世界一流水平。以華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司、長飛光纖光纜股份有限公司、烽火通信科技股份有限公司為代表的中國通信企業(yè)已經(jīng)成長為所在領(lǐng)域排名前列的頂尖高科技企業(yè)。目前,我國生產(chǎn)能力和市場占有率均位列世界第 1,通信用激光器等光電子器件的產(chǎn)量和市場約占據(jù)全球 1/2,光傳輸設(shè)備和市場占比超過 1/3,技術(shù)僅次于美國和日本 [4]。

2. 無線激光通信

無線激光通信結(jié)合了無線電通信和光纖通信的優(yōu)點,抗干擾能力強、抗截獲能力強、安全性好、通信速率高、傳輸速度快、信息容量大,還具有系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗低、施工簡單、靈活機動的特點,在軍事和民用領(lǐng)域均具有重大的戰(zhàn)略需求與應(yīng)用價值 [5,6]。

美國、歐洲、日本、俄羅斯等國家及地區(qū)早在 20 世紀 70 年代就開展了天基、大氣及水下信道的無線激光通信研究,通過多年研究和實驗驗證,激光衛(wèi)星通信已經(jīng)表現(xiàn)出與微波衛(wèi)星通信的巨大優(yōu)勢。2008 年,德國航空航天中心(DLR)利用Tesat 衛(wèi)星開展了星間 45 000 km 在軌激光通信試驗驗證,采用 1.06 μm 激光載波的速率為 5.625 Gb/s。美國國家航空航天局(NASA)在 2013 年 10 月成功試驗了月地間 4×105 km 激光信息傳輸,最大下行和上行速率分別為 622 Mb/s 和 20 Mb/s [7,8]。

我國在 20 世紀 70 年代就開始了大氣激光通信技術(shù)研究,20 世紀 90 年代啟動了空間激光通信研究項目,并迅速趕上了國際先進水平。2007 年,長春理工大學(xué)率先突破遠距離光束的捕獲、對準(zhǔn)、跟蹤技術(shù),首次實現(xiàn)雙動態(tài)激光通信,2013 年成功試驗了我國首次固定翼飛機間遠距離激光通信,速率為 2.5 Gb/s,傳輸距離為 144 km,超過了同類試驗國際最遠距離。2011 年,哈爾濱工業(yè)大學(xué)開展了我國首次星地激光通信鏈路數(shù)據(jù)傳輸試驗,下行最高速率為 504 Mb/s。2017 年中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所開展了我國首次星地高速相干激光通信技術(shù)試驗,下行最高速率達 5.12 Gb/s。同年,搭載“實踐十三號”高通量衛(wèi)星的星地激光通信終端開展的世界上首次高軌衛(wèi)星對地高速激光雙向通信試驗取得成功,40 000 km 星地距離最高速率為 5 Gb/s。

無線激光通信技術(shù)獲得了全面突破,并延伸到水下、大氣和室內(nèi)可見光通信。隨著人類科技進步和對信息的需求,無線激光通信技術(shù)將成為通信領(lǐng)域舉足輕重的傳輸技術(shù),推動物聯(lián)網(wǎng)、智聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,甚至改變?nèi)祟惿a(chǎn)、生活和文化模式。


(二)激光顯示技術(shù)

激光顯示技術(shù)是繼黑白顯示、彩色顯示、數(shù)字顯示之后的第四代顯示技術(shù),是激光技術(shù)、光電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)等高速發(fā)展、綜合集成的產(chǎn)物。隨著激光技術(shù)的成熟,激光顯示突破了 12 bit 顏色灰階編碼不重疊,亮度高并可精確控制在人眼最佳視覺感知區(qū),實現(xiàn) 8 K 幾何高清,三基色半導(dǎo)體激光器(LD)激光顯示技術(shù)是唯一能夠全面實現(xiàn)ITU-BT.2020 標(biāo)準(zhǔn)的顯示技術(shù)。由于激光具有方向性好、單色性好和亮度高三個基本特性,可實現(xiàn)大色域、雙高清(幾何、顏色)視頻圖像顯示和真三維顯示,被認為是實現(xiàn)高保真圖像再現(xiàn)的最佳技術(shù)途徑,是新型顯示的主流發(fā)展方向 [9]。

激光顯示在國內(nèi)的技術(shù)研究進展迅速,在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863 計劃)和中國科學(xué)院創(chuàng)新工程計劃支持下,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所許祖彥院士團隊于 2005 年在國內(nèi)首次研制成功激光全色投影顯示原理樣機(全固態(tài)激光源),總體水平世界先進,色域覆蓋率(79%)等關(guān)鍵技術(shù)國際領(lǐng)先。2015 年研制成功國際首臺 100 in 三基色LD 激光電視樣機,證明了激光顯示技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的可行性?!丁笆濉币?guī)劃綱要》已將激光顯示列為新一代信息技術(shù)新型顯示項目的首位。通過多年攻關(guān),中國申請和授權(quán)的激光顯示專利已經(jīng)超過 7000 項,占全球激光顯示專利比例的 50%以上,并被選為 IEC-TC110 激光顯示工作組的召集國,主導(dǎo)和參與制定多項國際電工委員會(IEC)國際標(biāo)準(zhǔn) [10]。

雖然國內(nèi)三基色 LD 器件的功率、效率、可靠性等與國外尚有差距,但激光顯示三基色 LD 光源技術(shù)及應(yīng)用已進入快速發(fā)展階段,有望在短期內(nèi)實現(xiàn)突破。


(三)光存儲技術(shù)

隨著各種信息爆炸式增長,日常需要處理的信息容量將以太字節(jié)計,信息流以太字節(jié)每秒計。激光器發(fā)明后,光存儲技術(shù)獲得了發(fā)展,采用激光光源,顛覆了磁存儲技術(shù)的容量概念。光存儲采用非接觸方式讀、寫、擦,對盤面損傷小,數(shù)據(jù)存儲壽命長且存儲介質(zhì)穩(wěn)定,數(shù)據(jù)可保存 10 年以上,且移動性好、成本低,成為當(dāng)今乃至未來應(yīng)用最廣、效率最高、容量最大的存儲技術(shù)。面對大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的需求,超大容量光存儲技術(shù)得到快速發(fā)展,容量已經(jīng)超過太字節(jié),并發(fā)展了體全息存儲、近場光學(xué)存儲和雙光子雙穩(wěn)態(tài)存儲技術(shù)等多種光存儲技術(shù)。采用激光全息技術(shù)的全息存儲,能實現(xiàn)三維圖像存儲,具有更大的存儲容量[11]。

國內(nèi)的光存儲技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了三代,大部分技術(shù)都掌握了自主知識產(chǎn)權(quán),具備了第四代乃至第五代光存儲技術(shù)的條件、實力與能力。光存儲正在突破衍射極限向超高密度信息存儲方向發(fā)展,由二維到多維存儲。新型高容量光存儲技術(shù)研究及實用化發(fā)展迅速,藍光存儲技術(shù)已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并在不斷擴大規(guī)模,雙光束超分辨和玻璃存儲技術(shù)進入工程化和產(chǎn)業(yè)化推進階段,多波長多階光存儲和全息存儲等技術(shù)已趨向成熟,而熒光納米晶體存儲、脫氧核糖核酸(DNA)存儲技術(shù)及近場光存儲等技術(shù)的研究也不斷取得進展。隨著激光器性能的提高和存儲技術(shù)的進步,2019 年單個光盤存儲容量已達500 GB。


(四)光傳感技術(shù)

光傳感技術(shù)與光通信技術(shù)相似,是以光為載體,感知和傳輸外界信號(被測量)的傳感技術(shù)。從大規(guī)模應(yīng)用角度來看,主要光傳感技術(shù)大體分為激光雷達和光纖傳感,其他一些光電傳感、激光傳感器技術(shù)分布在很多行業(yè),伴隨著行業(yè)技術(shù)的進步不斷發(fā)展。

1. 激光雷達

激光雷達技術(shù)自 1960 年第一臺激光器發(fā)明就已經(jīng)開始研究,用于環(huán)境感知和測距,第一臺激光測距儀于 1961 年在美軍投入使用。相比毫米波、微波和超聲波雷達等相對成熟的傳統(tǒng)雷達技術(shù),激光雷達可以極大提高雷達的距離、角度和速度分辨力,而激光的高方向性和高相干性使其能夠遠距離抗干擾探測 [12]。激光雷達從軍事應(yīng)用開始,成為最先進的主動遙感工具,發(fā)展了單點測距型、單通道掃描成像、多通道掃描成像、面陣成像等,從單通道二維掃描成像雷達發(fā)展到條紋管凝視成像雷達和門選通距離成像激光雷達。

用于大氣監(jiān)測,差分吸收激光雷達能夠?qū)λ魵?、臭氧、大氣污染體等進行測定,后向散射激光雷達探測云 – 氣溶膠和可吸入顆粒物的濃度和立體分布,多普勒激光雷達測量風(fēng)速和風(fēng)切變等信息,并能夠檢測沙塵暴。激光雷達還可以探測海洋深度、暗礁、魚群和勘查海難,探測深海中難以發(fā)現(xiàn)的寶貴資源、海洋浮游生物和葉綠素濃度等,利用拉曼散射測量海洋次表層溫度,利用布里淵散射可測量溫度、海洋聲速和鹽度,利用熒光效應(yīng)測量因各種事故而泄露在海面上的油氣。在軍事上,激光雷達用于偵察成像、障礙物躲避、化學(xué)試劑探測、水雷探測和武器制導(dǎo)等。激光雷達可以用于對目標(biāo)的三維測繪、航天器交會對接。另外,激光雷達技術(shù)已經(jīng)是無人駕駛領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù),未來會改變?nèi)祟惿鐣慕煌ǚ绞健?/p>

激光雷達關(guān)鍵技術(shù)主要包括激光發(fā)射機技術(shù)、空間掃描技術(shù)、高靈敏度接收機設(shè)計技術(shù)、終端信息處理技術(shù)等。激光雷達依賴激光器(激光發(fā)射機)性能,按激光波段分為紫外激光雷達、可見激光雷達和紅外激光雷達,按激光介質(zhì)分為氣體激光雷達、固體激光雷達和半導(dǎo)體激光雷達,按發(fā)射波形分為脈沖激光雷達、連續(xù)波激光雷達和混合型激光雷達等。激光器的技術(shù)發(fā)展直接決定了激光雷達的技術(shù)進步和應(yīng)用推廣。隨著新興的光纖激光器、量子級聯(lián)激光器等技術(shù)的發(fā)展,激光器在波段拓展可調(diào)諧及線寬、能量、脈沖等技術(shù)指標(biāo)上不斷提高性能,也將促進激光雷達達到更高的測量精度和更好的實用性。

2. 光纖傳感

光纖傳感技術(shù)隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展成熟,采用激光源作為傳感信號,利用光纖及光纖器件等作為傳感器,通過對傳感激光的解調(diào)獲得傳感信息,具有不受電磁干擾、體積小、分布式、易集成、測量精度高、可自組網(wǎng)等優(yōu)點。

在實際應(yīng)用中,往往將各種傳感器組成光纖傳感網(wǎng),對多種信號進行測量。根據(jù)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求,采用了量子級聯(lián)激光器、激光二極管、發(fā)光二極管、布里淵光纖激光器、拉曼光纖放大器等各種激光源作為傳感源,對溫度、壓力、流量、 位移、振動、轉(zhuǎn)動、彎曲、液位、速度、加速度、聲場、電流、電壓、磁場及輻射等物理量進行測量 [13],已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、國防、航天航空、工礦企業(yè)、能源環(huán)保、工業(yè)控制、醫(yī)藥衛(wèi)生、計量測試、建筑、家用電器等多個領(lǐng)域。

光纖傳感技術(shù)在大型建設(shè)施工行業(yè)發(fā)揮了重要作用。1993 年,加拿大就將光纖傳感器預(yù)裝在一座碳纖維預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋上,通過動態(tài)規(guī)化理論處理數(shù)據(jù),準(zhǔn)確快速地評估了橋梁的使用狀態(tài)及壽命。我國三峽水利樞紐工程,大壩壩體內(nèi)部靠近上游面埋設(shè)的光纖 Bragg 光柵溫度傳感器,所測溫度與水銀溫度計直接測量水溫相比,精度更高。目前,應(yīng)用最為廣泛的是光纖陣列傳感系統(tǒng),可以實現(xiàn)大范圍、長距離多點傳感,結(jié)合分布式光纖傳感系統(tǒng),成為大規(guī)模光纖傳感最主要的發(fā)展趨勢,大型基礎(chǔ)設(shè)施的分布式監(jiān)測系統(tǒng)都采用了光纖陣列傳感技術(shù),如北京鳥巢體育場、廣州電視塔、高鐵線路等??梢姡F(xiàn)代工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施、能源等領(lǐng)域已經(jīng)越來越離不開光纖傳感技術(shù)的保障。


三、2035 激光技術(shù)通信領(lǐng)域發(fā)展趨勢展望

(一)光通信技術(shù)

目前,我國光纖通信已經(jīng)突破一根普通光纖中 100 Tb/s 數(shù)據(jù)傳輸 80 km,向超高速、超大容量、超長距離的“三超”方向發(fā)展 [14]。預(yù)計到2025 年可實現(xiàn) 100 Tb/s 超高速光纖通信系統(tǒng),并于2035 年全面實現(xiàn)通信前端的關(guān)鍵電子、光子和光電子器件集成應(yīng)用,突破 1000 Tb/s 光纖高速信息傳輸。未來光纖通信技術(shù)將為人類帶來更加深遠的影響,也是我國實現(xiàn)“兩個一百年”偉大目標(biāo)的強勁動力。

通過軌道角動量復(fù)用等新技術(shù),無線光通信研究已經(jīng)可以實現(xiàn)每秒太字節(jié)級的傳輸,但傳輸距離受限,遠距離傳輸依然很難突破10 Gb/s。通過光源、放大器及探測系統(tǒng)的發(fā)展進步,預(yù)計到 2025 年可實現(xiàn) 40 Gb/s 空間高速激光遠距離傳輸,甚至用于航天通信。隨著 2035 年在光纖通信前端的關(guān)鍵電子、光子和光電子器件全面實現(xiàn)集成應(yīng)用的推動,空間激光通信能夠突破 100~400 Gb/s 高速系統(tǒng)實用化,同時也將在空間信息網(wǎng)絡(luò)、深空通信、寬帶接入、水下探測等方面獲得全面應(yīng)用。

(二)激光顯示技術(shù)

顯示領(lǐng)域總體朝著高清、高顏色飽和度的激光二維和三維顯示技術(shù)發(fā)展,包括激光全息顯示技術(shù)、MicrolLED 顯示技術(shù)、柔性顯示技術(shù),系統(tǒng)更小型化,更高分辨率,更廣色域是發(fā)展趨勢。我國在 2022 年將實現(xiàn)超高清視頻,激光顯示解決 4K/8K 超高分辨率顯示芯片、超高清視頻圖像的獲取 / 存儲 / 處理 / 傳輸、人眼生物學(xué)特征和視覺心理特性等關(guān)鍵技術(shù)。三基色 LD 光源,紅光 LD 單管功率可達 2 W(壽命超過 10 000 h),藍光 LD 單管最大輸出功率達 2.8 W(壽命已超過 5000 h),綠光 LD 最大輸出功率達到 500 mW,突破實用化水平,徹底解決依賴進口的問題。預(yù)計到 2025 年的總體發(fā)展目標(biāo)應(yīng)為實現(xiàn)超高清和頭戴眼鏡式的三維顯示技術(shù)。預(yù)計到 2035 年的總體發(fā)展目標(biāo)應(yīng)為實現(xiàn)裸眼三維顯示技術(shù)。

(三)光存儲技術(shù)

預(yù)計在 2022 年左右與光存儲相關(guān)的單項技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)將達到穩(wěn)定,存儲購買成本可達1 美分 /GB [15]。近年來,飛秒激光器等超快激光性能迅速提高,使新存儲技術(shù)不斷突破,結(jié)合性能更優(yōu)良的存儲介質(zhì)材料技術(shù)的進展,高存儲容量、密度、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸率的存儲技術(shù)將實現(xiàn)超大容量、超高效率、超高吞吐率、低成本及廣泛兼容性的光存儲產(chǎn)品,而相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)也將越來越完善,在各行各業(yè)得到普及。預(yù)計到 2025 年可實現(xiàn)太字節(jié)量級的光盤存儲器,到 2035 年突破拍字節(jié)量級的光盤存儲系統(tǒng)。

(四)光傳感技術(shù)

激光雷達向高靈敏度、高信噪比、高分辨率和寬測量范圍發(fā)展,傳感前端的專用性能向集成、多參數(shù)、多功能方向發(fā)展,算法伴隨人工智能實現(xiàn)智能傳感。預(yù)計到 2025 年激光雷達將全面用于智聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等領(lǐng)域,成為無人駕駛領(lǐng)域的主要增長力,技術(shù)將突破三維雷達成像。到 2035 年,隨著絕大多數(shù)汽車向著智能化方向發(fā)展,無人駕駛也將成為駕駛的最重要部分,全面智能化的激光雷達技術(shù)將成為陸、水、空中有人和無人駕駛領(lǐng)域的核心器件。

隨著窄線寬激光器等先進激光技術(shù)的發(fā)展,智能光纖傳感網(wǎng)技術(shù)將會更加成熟,在各個領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的作用,為提升我國自主創(chuàng)新能力、增強我國信息產(chǎn)業(yè)的國際競爭力、促進國民經(jīng)濟的快速可持續(xù)發(fā)展做出更多更大的貢獻。預(yù)計到2025 年能夠?qū)崿F(xiàn)超高分辨率的超快光纖傳感技術(shù),到 2035 年分布式智能光傳感系統(tǒng)進入海洋、地心、太空等超遠領(lǐng)域,成為廣域物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。


四、政策建議

目前,我國激光應(yīng)用的信息技術(shù)處于蓬勃發(fā)展時期,機遇與挑戰(zhàn)并存。一些關(guān)鍵核心技術(shù)和工藝尚有差距,鑒于當(dāng)前國際政治、經(jīng)濟形勢的嚴峻性,技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然遇到外部制約。由于其在民生、工業(yè)、軍事等方面具有的普遍意義,為促進我國激光應(yīng)用信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)到 2035 年處于世界領(lǐng)先地位,在激光應(yīng)用信息領(lǐng)域,提出以下發(fā)展建議。

(一)確立重點研究方向,布局核心技術(shù)開發(fā)

針對我國激光技術(shù)的信息應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,分析當(dāng)前激光信息技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)落地和大規(guī)模應(yīng)用過程中需要突破和解決的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,根據(jù)輕重緩急程度確立需要重點突破的研究方向,并在國家層面通過各類科技計劃進行針對性布局,發(fā)揮國家科技計劃的引導(dǎo)作用,強化技術(shù)創(chuàng)新的支持政策。完善“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新機制,集中“產(chǎn)學(xué)研”優(yōu)勢力量開展技術(shù)攻關(guān),共同開展基礎(chǔ)理論創(chuàng)新和前瞻性技術(shù)研究,著力攻克并解決當(dāng)前激光信息技術(shù)發(fā)展中的瓶頸,提高關(guān)鍵器件及整體系統(tǒng)水平,推動激光信息技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),推動激光信息技術(shù)生態(tài)模式和服務(wù)模式的創(chuàng)新發(fā)展。

(二)搭建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺,提高技術(shù)創(chuàng)新水平

通過有效的政策引導(dǎo)和支持,使高校、科研院所、企業(yè)成為技術(shù)創(chuàng)新的投入主體。大力推進“政產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合,支持有條件的企業(yè)同科研院所、高等學(xué)校聯(lián)合建立研究開發(fā)機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟等創(chuàng)新組織,結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展瓶頸,發(fā)揮龍頭企業(yè)主導(dǎo)作用和高校、科研院所的基礎(chǔ)研究能力,組織開展跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨區(qū)域的“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新,提高技術(shù)創(chuàng)新水平。

(三)注重知識產(chǎn)權(quán)保護,加強高端人才培養(yǎng)

建議加大新興技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)保護力度,建立專利池,支持技術(shù)轉(zhuǎn)移機構(gòu)開展專項業(yè)務(wù),尤其對空間激光通信、激光顯示等技術(shù)轉(zhuǎn)移的機構(gòu)給與重點支持。對掌握關(guān)鍵技術(shù)和擁有深度開發(fā)能力的高端人才需求開展調(diào)查和預(yù)測,逐步建立健全激光信息技術(shù)領(lǐng)域的高層次人才信息庫,通過推進和加強“政產(chǎn)學(xué)研”合作引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和人才的聚集。推動高校加強和豐富激光信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)W科專業(yè)建設(shè),精準(zhǔn)培養(yǎng)科研人員和技術(shù)人才。

(四)引導(dǎo)“政產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同,促進成果轉(zhuǎn)化合作

建議大力推進“政產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合,支持有條件的企業(yè)同科研院所、高等學(xué)校聯(lián)合建立研究開發(fā)機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟等創(chuàng)新組織,建立并優(yōu)化不同層面之間的協(xié)調(diào)機制和組織機構(gòu),搭建激光信息技術(shù)跨界交流合作平臺,集聚行業(yè)內(nèi)外的重點企業(yè)、高等院校、科研院所、配套供應(yīng)商等開展技術(shù)需求對接,促進各高校激光信息技術(shù)研究團隊之間的跨學(xué)科對話與合作,推動數(shù)據(jù)資料合理共享,促進務(wù)實合作與協(xié)同創(chuàng)新。鼓勵并支持各相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)協(xié)會和學(xué)術(shù)組織內(nèi)部的協(xié)作與合作,推動研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)部門之間的廣泛交流、信息和成果共享,提高相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新水平和產(chǎn)業(yè)化能力。

(五)加大政策扶持力度,引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展

建議依托國內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)儲備基礎(chǔ),由政府牽頭組織高校、科研院所、重點企業(yè)共同建立一批國家重點實驗室、工程研究中心等激光信息共性技術(shù)科研平臺或聯(lián)合實驗室,協(xié)同多方力量解決關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)問題。加大研發(fā)投入,跟蹤技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程,堅持規(guī)模應(yīng)用導(dǎo)向與技術(shù)斷點彌合的研發(fā)思路,提高創(chuàng)新資源利用效率與產(chǎn)出水平。在國家統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理下推動激光信息領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實施,激光信息技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)廣泛涉及到從基礎(chǔ)硬件生產(chǎn)、軟件開發(fā)、核心部件制造、實體機網(wǎng)絡(luò)分發(fā)平臺、營銷與服務(wù)以及眾多軍事與民用行業(yè)領(lǐng)域,需通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系及關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的制定、標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合型檢測和相應(yīng)的質(zhì)量驗證系統(tǒng)的支撐,使產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

(六)發(fā)揮產(chǎn)業(yè)集聚優(yōu)勢,增強企業(yè)競爭能力

建議充分發(fā)揮激光信息技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)化,降低集群區(qū)內(nèi)企業(yè)的采購和供應(yīng)成本,便利各個環(huán)節(jié)企業(yè)之間的溝通互動,促進企業(yè)之間的協(xié)作,促進集群區(qū)內(nèi)部各企業(yè)之間的技術(shù)交流,形成技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境,促進勞動力組織的專業(yè)化,使產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)人才更容易聚集并形成集約優(yōu)勢。打破傳統(tǒng)批次封閉、煙囪式的產(chǎn)業(yè)發(fā)展框架,對激光信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈進行網(wǎng)狀重構(gòu)。鼓勵各產(chǎn)業(yè)集群在商業(yè)模式,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、內(nèi)容應(yīng)用等方面的創(chuàng)新變革,加強各產(chǎn)業(yè)集群中相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游之間的交流與合作,實現(xiàn)單點突破向產(chǎn)業(yè)集聚的轉(zhuǎn)變,推動產(chǎn)業(yè)集群間的優(yōu)化分工。采取前瞻技術(shù)提前布局、支持政策定向引導(dǎo)、市場環(huán)境與需求適當(dāng)刺激、產(chǎn)業(yè)規(guī)模適度擴張等政策,大幅度提高企業(yè)競爭力。

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