3月27日，國家自然科學(xué)基金委員會黨組書記、主任竇賢康在2025中關(guān)村論壇年會開幕式上發(fā)布了2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”。北京大學(xué)馬仁敏教授團(tuán)隊主導(dǎo)開發(fā)的“實現(xiàn)原子級特征尺度與可重構(gòu)光頻相控陣的納米激光器”位列其中，這一成果標(biāo)志著我國在納米光子學(xué)領(lǐng)域取得重大突破，為下一代光通信、集成光子學(xué)和量子技術(shù)發(fā)展提供了顛覆性解決方案。

據(jù)了解，本次活動由近140位相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者從700多項基礎(chǔ)研究成果中遴選出31項成果，邀請包括440余位兩院院士在內(nèi)的2700余位專家學(xué)者對這31項成果進(jìn)行實名投票，評選出10項重大科學(xué)研究成果，經(jīng)國家自然科學(xué)基金委員會咨詢委員會審議，最終確定入選名單。

北京大學(xué)馬仁敏教授

技術(shù)突破：從衍射極限到原子級操控

傳統(tǒng)激光器受限于光學(xué)衍射極限，難以將光場壓縮至納米尺度。北京大學(xué)馬仁敏教授團(tuán)隊提出奇點(diǎn)色散方程，通過全介電蝴蝶結(jié)納米天線與轉(zhuǎn)角納腔結(jié)構(gòu)設(shè)計，首次在介電體系中實現(xiàn)突破光學(xué)衍射極限的納米激光器，其模式體積理論上可無限趨近于零，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)激光器體積。該設(shè)計不僅避免了等離激元納米激光器因金屬材料導(dǎo)致的歐姆損耗問題，還將光腔品質(zhì)因子提升至超百萬級，顯著增強(qiáng)了能量存儲能力和激射效率。 

更令人矚目的是，團(tuán)隊開發(fā)了可重構(gòu)光頻相控陣技術(shù)，通過精準(zhǔn)調(diào)控納米激光器陣列中各單元的激射波長與相位，實現(xiàn)了動態(tài)可編程的光場分布。實驗展示的“P”、“K”、“U”及“中國”等圖案化激射，驗證了其在光通信編碼、高精度成像等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

行業(yè)影響：撬動萬億級光子產(chǎn)業(yè)升級

納米激光器的小型化與低能耗特性，為大規(guī)模光電集成芯片提供了核心光源。據(jù)行業(yè)預(yù)測，該技術(shù)有望推動芯片算力提升百倍，同時降低90%以上的光互連能耗，加速人工智能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的硬件迭代。

可重構(gòu)光頻相控陣技術(shù)可動態(tài)調(diào)整光束方向與波長，為6G通信、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提供超高速率、超低延遲的光傳輸方案。專家指出，該技術(shù)或使未來手機(jī)直接衛(wèi)星通信成為可能。

原子級精度的激光場調(diào)控能力，將推動DNA測序、單分子檢測等生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的突破。在工業(yè)領(lǐng)域，納米激光器可用于半導(dǎo)體刻蝕、超材料制備等尖端工藝，精度較現(xiàn)有技術(shù)提升兩個數(shù)量級。

未來展望：從實驗室到產(chǎn)業(yè)化

去年7月，馬仁敏課題組的前沿創(chuàng)新成果《具有原子尺度局域化光場的奇點(diǎn)介電納米激光》在Nature上發(fā)表，實現(xiàn)了我國在介電體系納米激光器的原創(chuàng)性突破，一舉打破了國外在等離激元技術(shù)路徑上的專利壁壘。國際權(quán)威期刊Nature評價稱：“中國團(tuán)隊開辟了納米光子學(xué)的新范式，或?qū)⒅鲗?dǎo)未來十年的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定?！?/p>

據(jù)透露，項目團(tuán)隊正與華為、中芯國際等企業(yè)合作推進(jìn)納米激光器晶圓級制造工藝，計劃2026年建成首條中試生產(chǎn)線。國家自然科學(xué)基金委員會表示，將設(shè)立專項基金支持光頻相控陣技術(shù)在量子計算、太空探測等國家重大工程中的應(yīng)用驗證。

納米激光器的突破，不僅是基礎(chǔ)科學(xué)的里程碑，更是一場關(guān)乎國運(yùn)的技術(shù)競速。隨著我國在光子芯片、6G通信等領(lǐng)域的全面布局，這項“小”到極致的激光技術(shù)，正悄然掀起一場“大”至無限的產(chǎn)業(yè)革命。