光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書 202311-部分1

光子時代光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書支持單位：中國科學院西安分院陜西省科學院西安高新區(qū)管委會參與單位：光子創(chuàng)新中心西科控股中科創(chuàng)星硬科技智庫光電子先導院二O二三年十一月白皮書編委主要編撰人員：(排名不分先后)張思申董家寧侯文鵬李娜石晶紀喆李彥侯自普武慧童李彩俠陳燁馮凡瓔劉偉剛柏帆于博洋藝(目TE錄 09(二)光子學發(fā)展重要節(jié)點 (二)超快激光制造 22 25 (三)光學相干斷層掃描技術(0CT) 三、光子信息 42 44 47 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書 (一)光伏發(fā)電 58 60(三)激光慣性約束核聚變 64 一、國內(nèi)四大新興光子產(chǎn)業(yè)城市分析 68(一)武漢：打造“世界光谷” (二)西安：引領“追光時代” (三)蘇州：邁向“高光之城” (四)無錫：構(gòu)建“光子芯谷” 70二、光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)論與建議 (一)我國光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展各環(huán)節(jié)存在的問題 70(二)我國光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的路徑選擇 71三、陜西光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實踐探索 73 75光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入“后摩爾時代”,其進一步提升的難度與時間成本都非常之高。在面向“后摩爾時代”的潛在顛覆性技術里，光子芯片已進入人們的視野。其所具有的高速度、低耗能、工藝技術相對成熟等優(yōu)勢，能夠有效突破傳統(tǒng)集成電路物理極限上的瓶頸，滿足新一輪科技革命中人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等產(chǎn)業(yè)對信息獲取、傳輸、計算、存儲、顯示的技術需求。國際巨頭正投入大量資源進行研發(fā)，目前已對傳統(tǒng)芯片形成部分替對我國而言，既要在傳統(tǒng)賽道電子芯片領域盡快補短板，也要盡早在光子芯片等新賽道布局發(fā)力。雙管齊下，抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機遇，未來才有望實現(xiàn)“非——光子學是與電子學平行的科學芯片是人類信息技術史上的一次變革性突破。從石器時代的壁畫、巖畫，到農(nóng)業(yè)時代的竹簡、活字印刷術，再到工業(yè)時代的電話、電報、電視，人類信息生成、傳輸、處理、存儲等載體發(fā)生了多次變革。從本質(zhì)上講，芯片就是通過利用半導體材料的物理特性來實現(xiàn)對承載信息的微觀粒子(電子或光子等)的操控，進而實現(xiàn)信息生成、傳電子芯片是利用電子來生成、處理和傳輸信息的，光子芯片則是利用光子來生成、處理、傳輸并自19世紀末、20世紀初物理學發(fā)現(xiàn)電子以來，人類開辟了電子技術的新時代。通過在半導體材料上對電子進行操控，人類實現(xiàn)了通過電子來生成、處理和傳輸信息，實現(xiàn)了信息技術的跨越式發(fā)展。從首個電子管被制造出來，到晶體管誕生，半導體技術不斷發(fā)展。直到集成電路被發(fā)明出來，電子芯片成為現(xiàn)代信息技術的基石，推動人類社會進入了微電子科技時代。電子芯片誕生以來，經(jīng)過六七十年的發(fā)展，圍繞它已形成一個成熟、龐大的產(chǎn)業(yè)體系，“光子學是與電子學平行的科學。”科學家普遍認為，光子可以像電子一樣作為信息載體來生成、處理、傳輸信息。荷蘭科學家最早提出“以光子作為信息載體和能量載體的科學”。中國科學院西安光機所首任所長龔祖同院士(學部委員)在1978年9月召開的第2屆全國高速攝影會議的發(fā)言中提到：激光問世以后，與其聯(lián)系著的光子學逐步成長。1979年，錢學森教授在《中國激光》上著文，首次提出“光子學、光子技術和光子工業(yè)”的構(gòu)想，并認為以集成光路為核心的光子計算機的運算能力可以超電子學有四個基本要素，分別是作為載體的電子、作為傳輸介質(zhì)的電纜和電路、發(fā)電機和晶體管。與之對應，在光子學中信息載體是光子，傳輸介質(zhì)是光波波導和光纖，激光發(fā)射器好比發(fā)電機，光電調(diào)制元件相當于電子開關和電子晶體管。從發(fā)展路線來看，電是從電學開始到電子學，再到電子回路、電子集成、電子系統(tǒng)、電子工程，最后到電子產(chǎn)業(yè)。光是從光學開始到光子學、光子回路、光子集成、光子系統(tǒng)、光子工程，最后到光子產(chǎn)業(yè)。根據(jù)底層的科學邏輯可以判斷，人類一定會進入微光子學時代，利用微光子技術進行元器件的大規(guī)模集成一是以電子為載體的技術發(fā)展已趨近物理極限。當下集成電路是以硅為基礎材料的，硅原子的直徑約為0.22納頂尖水平的臺積電仍然在不斷地進行3納米及2納米的技術研發(fā)及產(chǎn)能投資，但業(yè)內(nèi)人士普遍認為集成電路的尺寸微縮最多到2030年就會達到物理極限，亟需尋找創(chuàng)新發(fā)展的出路。二是電子芯片尺寸降到極致時會出現(xiàn)“功耗墻”難題。比如，巨大的耗能壓力就是計算機發(fā)展的最大技術障礙光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書之一。雖然國內(nèi)外學術界和工業(yè)界進行了大量努力，但由于CMOS半導體功耗密度已接近極限，所以必須尋找新途徑、新結(jié)構(gòu)、新材料。三是過去幾十年中處理器的性能以每年約55%的速度提升，而內(nèi)存性能的提升速度約為每年10%,長期累積下來，不平衡的發(fā)展速度造成了當前內(nèi)存的存取速度嚴重滯后于處理器的計算速度，訪存瓶頸導致高性能處理器難以發(fā)揮出應有的功效。簡單來講，就是大量信息存儲不過來、計算不過來。四是電子芯片性能提升的同時，性價比在降低。業(yè)界普遍認為，28納米是芯片性價比最高的尺寸。根據(jù)SEMI國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會的芯片主流設計成本模型圖，采用FinFET工藝的5納米芯片設計成本已是28納米工藝設計成本的近8倍，更復雜的GAA結(jié)構(gòu)的設計成本只會更高，這僅是芯片設計、制造、封裝、測試中的設計環(huán)節(jié)。制造環(huán)節(jié)的晶圓代工廠的研發(fā)、建廠、購買生產(chǎn)設備耗費的資金會更多，比如三星在美國得克薩斯州計劃新建的5納米晶圓廠預計投資高達170億美元。光子相較電子具有超高速度、超高帶寬、超低損耗和超強并行能力等優(yōu)勢，光子芯片可以在一定程度上解決電子芯片的缺陷。有物理基礎的人應該知道，電子是費米子，是有質(zhì)量的物質(zhì)，所以在傳輸信號時會因為質(zhì)量的慣性產(chǎn)生較多的能量損耗；光是玻色子，是物質(zhì)之間的相互作用力，靜止質(zhì)量為零，傳輸信號時能量損耗小。一是在傳輸信息時光子具有極快的響應時間。光子脈沖可以達到fs(飛秒)量級，信息速率可以達到幾十個Tb(太字節(jié))/s,性能能夠提升數(shù)百倍。二是光子具有極高的信息容量，比電子高3~4個量級。采用光交互系統(tǒng)的新型使能技術可以實現(xiàn)低交換延遲和高傳輸帶寬。三是光子具有極強的存儲和計算能力，能以光速進行超低能耗運算。四是具有極強的并行和互連能力。光子是玻色子，不同波長的光可用于多路同時通信。五是光子具有超低的能耗表現(xiàn)。1bit(比特)信息的能耗，光子器件比電子器件低3個數(shù)量級，僅為電子器件的千分之一。如今，科學家們的期望，就是能夠像芯片控制電子那樣可靠地控制光子，以獲得更好的性能。以能耗的視角來看，目前以集成電路為基礎的數(shù)字產(chǎn)業(yè)能耗與日俱增，據(jù)測算未來五年它可能會消耗掉全球20%的電力供應。如果沒有技術變革或突破，未來人類極有可能要在信息數(shù)據(jù)和能源之間做出選擇。而以光子芯片為基礎的技術路線，理論上有望將數(shù)字產(chǎn)業(yè)能耗降低至電子芯片的千分之一。因此，發(fā)展更為節(jié)能的光子技術，也是實現(xiàn)“碳中和”目標的關鍵一環(huán)。同時，光子技術的應用并不局限于芯片，其發(fā)展還可能推動人類更好地利用最大的“光子發(fā)射器”——太陽，以進一步挖掘能源領域的潛力。因此，從物理屬性優(yōu)勢來看，光子技術不僅能夠很好的解決電子芯片解決不了的難題，而且還能夠在電子芯片現(xiàn)有領域之外，滿足更大的產(chǎn)業(yè)應用需求。同時，根據(jù)底層的科學邏輯，可以預見光子學、光子技術、光子產(chǎn)業(yè)將和電子學、電子技術、電子產(chǎn)業(yè)一樣高速發(fā)展。光子技術催生更廣闊的應用場景光子能夠?qū)ΜF(xiàn)有的電子芯片性能進行大幅度提升，解決電子芯片解決不了的功耗、訪存能力和計算機整體性能等難題。更為重要的是，過去電子芯片主要應用于計算和存儲領域，而光子芯片可以在信息獲取、信息傳輸、信息處理、信息存儲及信息顯示等領域催生眾多新的應用場景。在信息獲取方面，激光雷達、光傳感將在人工智能、自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等領域形成新的應用場景。在信息傳輸方面，形成了5G、光通信、量子通信等為代表的應用場景，產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大。在信息處理方面，形成了光子計算、量子計算等應用場景，未來將大幅度提升計算機性能。在信息存儲方面，如5D激光存儲在云計算、大數(shù)據(jù)中心等有巨大的應用場景。在信息顯示方面，將形成VR、AR及MicroLED等新的信息顯示應用場景。此外，光子芯片在生命健康、超導材料以及國防裝備等方面，將形成神經(jīng)光子學、免疫分析、高超音速武器等新的重大應用場景。綜上所述，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來看，光子對電子并不是替代關系，準確地講光子產(chǎn)業(yè)是對電子產(chǎn)業(yè)的升級，能夠催生新的產(chǎn)業(yè)。可以說，信息時代的基礎設施是電子芯片，人工智能時代將更多地依托光子芯片。光子芯片將是未來新一代信息產(chǎn)業(yè)的基礎設施和核心支撐。 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書——光子芯片是中國的重大戰(zhàn)略機遇科技發(fā)展史印證了一個事實：誰能抓住一個時代的革命性技術，誰就能夠成為一個時代的領航者。英國利用機械革命實現(xiàn)了對古代中國的超越，美國利用電子技術實現(xiàn)了對英國的超越。中國要實現(xiàn)中華民族偉大復興，需要抓住光子技術革命的機遇。一輪科技革命紅利擴散的周期大約為60年。從20世紀60年代開始，集成電路作為革命性技術推動了信息化的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)過去了60年，開始進入科技紅利擴散的衰退期。2008年以美國金融危機為代表的全球經(jīng)濟衰退，本質(zhì)上就是上一輪科技革命推動力衰退的體現(xiàn)。當下全球經(jīng)濟發(fā)展急需新一輪科技革命的驅(qū)動。作為集成電路的“非對稱性”技術，光子芯片有望成為信息領域新的底層技術支撐。目前，全球光子芯片產(chǎn)業(yè)剛剛起步，作為獨立于電子集成技術的新集成技術，其技術壁壘還沒有形成，這為我國光子芯片提供了足夠的研發(fā)時間與市場空間，也為我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了巨大的機會。近年來，我國在光子集成方面取得了一定的進展，著眼于光子集成技術實施了一系列重大研究計劃，包括973、863、國家自然科學基金重大項目等。雖然過去國內(nèi)在相關技術領域處于落后狀態(tài)，但隨著研究基礎的加強及技術人員的不懈努力，目前國內(nèi)已經(jīng)具備了光子集成芯片研究條件，并且擁有巨大的光子芯片市場前景。芯片由電到光的轉(zhuǎn)換，是我國實現(xiàn)趕超的戰(zhàn)略機遇。在基礎理論方面，中國與美國基本處于同一水平?，F(xiàn)代光學理論源于愛因斯坦的原子輻射研究，基于愛因斯坦的研究設想，美國科學家于1960年發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器。1961年，中國科學院長春光機所就研制出了中國第一臺紅寶石激光器。自現(xiàn)代光學產(chǎn)生以來，我國始終保持著持續(xù)的投入和研究，在基礎理論研究方面一直與美國齊頭并進。在技術方面，中外各有優(yōu)勢。比如，在光子集成技術研究方面，我國中科院西安光機所、中科院微電子所、中科院半導體所、上海微系統(tǒng)所和上海交大、清華大學、浙江大學、華中科技大學等都進行了長期研究，國家針對光子集成技術也實施了一系列重大研究計劃，在光子集成技術方面取得了很大的成就。我國2016年啟動的B類先導專項——大規(guī)模光子集成芯片致力于開發(fā)集成器件大于2000的大規(guī)模光子集成芯片，并最終實現(xiàn)了15408個器件的大規(guī)模集成，集成規(guī)模世界領先。在光子芯片設計水平方面，我國處于世界一流水平，例如曦智科技設計出了全球首款光子計算芯片原型板卡，最新的單個芯片可集成12000個光子元器件，在一些算法的實測性能已超過英偉達GPU的100倍，在光子計算領域領先國外。洛微科技發(fā)布了目前集成度最高的多通道FMCW激光雷達SoC光子芯片，單個芯片上可集成3000多個光子元器件，是目前全球單顆芯片集成度最高的硅光芯片之一。在產(chǎn)業(yè)化方面，全球還處于起步孕育期，產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未形成，美國僅具有微弱優(yōu)勢。美國于2004年首次實現(xiàn)大規(guī)模光子集成，2017年下半年英特爾開始大批量供應100G產(chǎn)品，標志著光子集成真正進入到主流應用領域。我國于2012年進入規(guī)模化集成階段，與美國差距不大?？傮w而言，相較于美歐在集成電路、機械等領域擁有數(shù)十年的積累優(yōu)勢，我國在光子芯片領域與國外差距較小，與美國的差距僅有5~10年。隨著國內(nèi)相關技術的快速發(fā)展，中外差距正日益縮小，且我國在局部已具有領先優(yōu)勢。目前全球光子芯片產(chǎn)業(yè)尚未成熟、定型，這也為我國在“后摩爾時代”換道超車提供了巨大空間?！钥萍几锩膽?zhàn)略眼光看待光子芯片全球科技革命是沿著機械化、電氣化、信息化、智能化的演進規(guī)律和邏輯在推進的。第一次科技革命是以蒸汽機為代表的機械革命；第二次科技革命是以電為代表的電氣化時代；第三次科技革命是以集成電路為代表的信息化時代。過去200多年，本質(zhì)上是機械和電的時代，但它們的性能現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了極致。下一個時代，將是光+人工智能的時代——以集成光路為基礎設施的智能化時代?；仡櫩萍际房梢园l(fā)現(xiàn)，人類的技術變革是由以“機電光算”(機械、電路、光學、算法)為代表的底層技術推動的。未來，“機電光算”的發(fā)展趨勢就是芯片化——電發(fā)展到集成電路，光發(fā)展到集成光路，機發(fā)展到MEMS芯片。光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書未來光子技術將變得更加重要，隨著摩爾定律瀕臨失效，光子技術在科技產(chǎn)品中的占比將逐漸增加?；诖?，2016年我們提出了“米70定律”,認為未來光學成本將占所有科技產(chǎn)品成本的70%。從現(xiàn)實發(fā)展情況來看，這一判斷已在很多領域得到驗證。例如，目前通信網(wǎng)絡建設成本中的70%是光學成本，包括光學設備和系統(tǒng)的采購；無人駕駛汽車公司已將70%的資金投入到激光雷達等光學器件上；在顯示領域，液晶面板中光學成本也占到了70%~80%的比例。未來，智能手機和智能汽車上的創(chuàng)新基本都是在光學方向發(fā)力。如果說19世紀是機械的世紀，20世紀是電的世紀，那么21世紀將是光的世紀。從技術演進和投資方向來看，美國20世紀70年代開始布局信息產(chǎn)業(yè)底層技術和基礎設施電子芯片，80年代扶持軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，90年代布局光通信，2000年發(fā)力互聯(lián)網(wǎng)，搭建了完整的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施，引領了全球信息產(chǎn)業(yè)革命，獲得巨大的產(chǎn)業(yè)紅利、全球紅利和時代紅利。類比集成電路技術“器件系統(tǒng)-小型化-微型化-中小規(guī)模集成化-大規(guī)模集成化-芯片系統(tǒng)”的演進過程，可以說現(xiàn)在集成光路技術的整體發(fā)展正處于類似于上世紀60年代初集成電路的大規(guī)模集成階段。在這個階段，我們需要深入思考：現(xiàn)在是否應全面布局人工智能時代的基礎設施?是否應該抓住千載難逢的行業(yè)發(fā)展機遇，以極具前瞻性的眼光，大力發(fā)展培育光子芯片，引領未來的“消費光子時代”?近十年來，歐美發(fā)達國家圍繞光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展皆進行了系統(tǒng)的部署和行動。以美國為例，1991年美國政府便將光子學列為國家發(fā)展重點，認為光子學在國家安全與經(jīng)濟競爭方面有深遠的意義和潛力，通信和計算機研究與發(fā)展的未來世界屬于光子學領域。此后相繼成立了“美國光電子產(chǎn)業(yè)振興會”、“國家光子計劃”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、國家光子集成制造創(chuàng)新研究所。2021年，為確保美國在全球光基礎技術創(chuàng)新方面保持領先，美國國會牽頭成立了國家光學與光子學核心小組，并投入巨資支持光子技術發(fā)展。此外，IBM、Intel、思科等科技巨頭也在光子芯片領域進行了廣泛布局。我國多區(qū)域?qū)⒐庾赢a(chǎn)業(yè)作為最具戰(zhàn)略性、基礎性、先導性的新興產(chǎn)業(yè)予以部署。北京加快布局建設光電子新型研發(fā)機構(gòu)，致力于打造全國領先的光子技術與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地。陜西率先發(fā)布“追光計劃”,致力于打造國內(nèi)首個集“新型研發(fā)機構(gòu)+共性技術平臺+基金+產(chǎn)業(yè)集群”于一體的“兩鏈”融合光子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)?！盎蚯?qū)⒁竭_的地方，而不是它已經(jīng)在的地方。”迎著智能化曙光，未來將掀起光子技術產(chǎn)業(yè)革命，類似于從電子工業(yè)的晶體管邁入集成電路時代的技術革命，集成光路將是半導體領域60年一遇的“換道超車”重要機遇。光子芯片或?qū)⒊蔀榈谒拇慰萍几锩?G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術和產(chǎn)業(yè)的基礎設施，推動人類社會邁進“光子時代”。 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書綜述篇光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書人類社會發(fā)展進入依靠科學技術革命驅(qū)動階段以本已經(jīng)錯失機遇，并很難在短期內(nèi)追趕上。因此，審周期大約為60年?？萍几锩鼛淼募夹g擴散轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)著技術的擴散，經(jīng)歷復蘇-繁榮-衰退-蕭條周期性變機子材制信聞雜鞋業(yè)全球集成電路市場規(guī)模的79%。這僅僅是集成電路本 和生物工程發(fā)明和應用為主要標志第三次科技革命爆超高速率，超低功耗等特點，利用光信號進行數(shù)據(jù)獲 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書具有巨大的應用前景，在能量光子、生物光子、光子制造、空間光子等領域都具有更廣泛的應用前景，如在能量光子領域，衍生出腦科學、基因測序、神經(jīng)細胞光子修復等生命科學產(chǎn)業(yè)，在支撐人類揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病等方面發(fā)揮顛覆性作用。在空間光子領域，催生衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、星際通訊等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。在能量光子方面，延伸的光伏產(chǎn)業(yè)、高超軍事武器等保障國光子學光子學光子技術光子制造空間光子能量光子生物光子信息光子光子產(chǎn)業(yè)(三)光子技術是半導體領域60年一遇“換道超隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入“后摩爾時代”,進一步提升的難度與時間成本都非常之高。在面向“后摩爾時代”的潛在顛覆性技術里，光子芯片已進入人們的視野。其所具有的高速度、低耗能、工藝技術相對成熟等優(yōu)勢，能夠有效突破傳統(tǒng)集成電路物理極限上的瓶頸，滿足新一輪科技革命中人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等產(chǎn)業(yè)對信息獲取、傳輸、計算、存儲、顯示的技術需求。國際巨頭正投入大量資源進行研發(fā)，目前已對傳統(tǒng)拓了大量新應用。對我國而言，發(fā)展光子技術與產(chǎn)業(yè)，能夠助力我國抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機遇，相對于歐美發(fā)達國家，我國科技創(chuàng)新起步較晚，在眾多技術領域與歐美國家存在數(shù)十年，甚至上百年的差距。從下表可以看出，西方國家發(fā)展越早的技術，我國與其差距越大，追趕難度越高。如在發(fā)動機、渦輪機、醫(yī)學技術、高分子化學領域，美國相較于我國的優(yōu)勢皆在10倍以上。而對于新興的技術，如光學技術，我國與回顧20世紀50年代，蘇聯(lián)與美國在科技創(chuàng)新領域始終保持并跑狀態(tài)。而在集成電路領域，圍繞電子管和晶體管技術路線，蘇聯(lián)選擇了電子管，而美國選擇了晶體管，導致蘇聯(lián)錯過了集成電路的最佳發(fā)展機遇，蘇聯(lián)解體后的俄羅斯，直到現(xiàn)在95%的芯片都是依賴進口。更為嚴重的后果，直接導致蘇聯(lián)及俄羅斯錯過了全球信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的百年機遇，國家經(jīng)濟整體實力逐漸與美國拉全球光子產(chǎn)業(yè)剛剛起步，作為獨立于電子集成技術的新集成技術，其技術壁壘還沒有形成，這為我國光子技術提供了足夠的研發(fā)時間與市場空間，也為我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了巨大的機會。光子技術將成為第四次科技革命中5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術和產(chǎn)業(yè)的基礎設(一)光比電的優(yōu)勢眾所周知，電子與光子是當今和未來信息社會的兩個最重要的微觀信息載子，對它們的研究分別隸屬于電子學與光子學的范疇。電子與光子除了具有能夠承載信息的共性外，它們還有各自的個性。正是這些個性才決定了電子學與光子學分屬不同的學科。關于光子與電子(1)光子具有極高的信息容量和效率作為信息載體，光與電相比信息容量要大出幾個量級。例如，一般可見光的頻率為5×1014Hz,而處于微波波段的電波頻率僅為1010Hz量級；光子在光纖中能夠直接傳播上百公里以上，因此，前者可承載信息的容量承載的信息量為信息效率。如果考慮到光子的數(shù)字編碼與光子的統(tǒng)計特性等，光子的信息效率遠遠高出電子。例如，在光子學中，如使用所謂光的壓縮態(tài)、光子數(shù)態(tài)等作光子源，量子噪聲則有可能減小到極小值，光子的信息效率自然也將成量級地提高，這時，一個光子甚至(2)光子具有極快的響應能力在信息領域，信息載體的響應能力是至關重要的，它是決定信息速率與容量的主要因素。在電子技術中，電子脈沖脈寬最窄限度在納秒(ns,10-9s)量級，因此在電子通信中信息速率被限定在Gb/s(109bit/s)量級。對于光子技術來說，由于光子是玻色子，沒有電荷，而且能在自由空間傳播，因此，光子脈沖可輕易做到脈寬為皮秒(ps,10-12s)量級，甚至飛秒(fs,10-15s)量級。因此使用光子為信息載體，信息速率能夠達 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書到每秒幾十、幾百個Gb,甚至幾個、幾十個Tb(1012bit于是就能夠以如此高的速率，通過光纖將信息傳輸?shù)綆浊Ч锘蚋h的距離以外。這樣，獲得的信息比特率×傳輸距離之積將是非?？捎^的。顯然，這對于電子技術(3)光子具有極強的互連能力與并行能力如上表所述，電子有電荷，因此電子與電子之間存在庫侖作用力，這就使得它們彼此間無法交連。例如，在電子技術中，兩根導線如果交連，就會形成短路。所以，在電路中為了實現(xiàn)互連，就只能像搭“立交橋”那樣，將其運行路線彼此隔離，顯然這就使互連受限，成為限制電子信息速率與容量的一個主要因素。另外，在電子技術中，電子信號也只能是串行提取、傳輸和處理的，對于兩維以上的信號，如圖像信號等，則只好依靠掃描一類的手段將其轉(zhuǎn)換為一維串行信號來處理。這是另一個限制電子信息速率和容量的主要因素。對于光子來說，在這些方面恰恰顯示出特有的優(yōu)勢。光子無電荷，彼此間不存在排斥和吸引力，具有良好的空間相容(4)光子具有極大的存儲能力不同于電子存儲，光子除能進行一維、二維存儲外，尚能完成三維存儲。再考慮頻率“維”等，可用于存儲的參量很多，因此，可以說，光子具有極大的存儲能力。一個存儲器的容量極限是由單位信息量(bit)所需最小存儲介質(zhì)體積決定的，對于光來說，這個量為其波長(λ)量級，因此，三維存儲容量為(1/λ)3量級。如果使用可見光(λ~500nm),光子的存儲能力則可達到1012bit/cm3量級。三維存儲除容量大外，另外一個顯著特點是并行存取，即信息寫入和讀出都是“逐頁”進行的，并能與運算器并行連接，由此速度很快。加之光子無電荷，既能防電磁干擾，讀取準確，又不產(chǎn)生干擾，具有保密性。這樣一些優(yōu)點，都是“電子”無法與此外，由于光在時間與空間上的特性，可形成反演共軛波，在自適應控制等信息處理領域有獨到應用；還由于光子的自旋為h,導致出現(xiàn)偏振、雙折射效應等，光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書約為0.22nm,當制程降至7nm以下時，極易出現(xiàn)電涌和革命中人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術對于信息獲40.88億kWh,相當于三峽水電站2014年總發(fā)電量的投入約為1-2億元，單次流片費用約為200萬美元。而節(jié)點訪存帶寬需要2-4tb/s,其中單個內(nèi)存控制器訪存帶寬需達到200-400GB/s(通信帶寬需求為1600-3200Gbps)。目前，英特爾最新的至強處理器需約帶寬需達到200-400GB/s(通信帶寬需求為1600-3200Gbps)。目前，英特爾最新的至強處理器需約Computer,MPP系統(tǒng))逐漸成為主流。在最新的分離交換機，CPU內(nèi)集成電子路由的端口數(shù)、端口速爭用引腳配額；與處理器核等資源爭用功耗、面積配額；內(nèi)部的多級交換機制也限制了帶寬的大小。面對光矩陣運算的神經(jīng)網(wǎng)絡計算機的能效可以得到極大提Poldervaart首次提出關于光子學的定義規(guī)范，他認召開了全國光子學會議。經(jīng)過多方組織和醞釀，于 先更名為《PHOTONICS—spectra》,并提出光子學是科學家龔祖同、錢學森等早在70年代末就頻頻發(fā)出呼香山科學會議上，對光子學的有關問題展開了熱烈討社會與科學發(fā)展中的作用有了越來越明確的認識和共光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(1)材料離通信，氮化鎵使高效白光LED成為可能。而在未來(2)光學和物理現(xiàn)象(3)未來制造工藝橋梁，具體產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向如下：大規(guī)模集成(>1000個(4)設備及系統(tǒng)21世紀的挑戰(zhàn)正在推動新型光子器件和系統(tǒng)的發(fā)效率激光器(>95%)、高效高寬帶光伏電池、高速、高(1)醫(yī)療領域(2)人工智能領域開發(fā)依靠光子材料和傳感器發(fā)展的便宜的移動設備，自由空間光通信(使用紅外光譜)和可見光無線通信(LiFi,使用可見光譜),光子傳感器在無人駕駛和(3)清潔能源領域排放；開發(fā)聚光器技術(利用透鏡等光學技術)以用于(4)自動駕駛領域(5)食品安全領域(6)智能制造領域組成，其中北美地區(qū)包括美國和加拿大，歐洲包括德國、英國、法國和俄羅斯，亞太地區(qū)包括日本、中國(含中國臺灣省)、韓國等國家，另外在大洋洲和非洲圖光子產(chǎn)業(yè)全球分布情況(紅色區(qū)域)SPIE(2022)的光學與光子學年報顯示，全球有業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和銷售光子核心器件和產(chǎn)品，其中中國(1804家)和美國(946家)企業(yè)占據(jù)了50%以上，這個數(shù)字在2012年以來增加了58%,新增企業(yè)主要分布在美國家企業(yè)日本 國家企業(yè)去國阿國Canada,84 圖2021年世界光子企業(yè)分布情況濱松光子、奧林巴斯、Jasco等光子產(chǎn)業(yè)龍頭，占據(jù)了然存在，例如，我國光纖預制棒產(chǎn)能接近全球份額的50%,位居世界第一，但在技術更加先進、附加值更高光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書圖2021年世界光子企業(yè)分布情況全球光子產(chǎn)業(yè)細分領域中，除消費光子產(chǎn)品和占據(jù)較大份額外，能量光子(含激光武器)、生物光子、信息光子和光子制造等分別占據(jù)8%—20%左右的份額，能量光子、生物光子、信息光子、光子制造領域是未來全球光子產(chǎn)業(yè)的主要增量市場，各領域每年的增長率均維持在10%以上的較高增長率，特別是生物光子，因生物光子探測、診斷成像技術等光子技術在醫(yī)療技術、生命科學、食品安全等領域的應用，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，年均增長率高達13%。圖2012年—2020年世界光子產(chǎn)業(yè)10個主要領域營收增長情況(億美元)光2015年至2019年間，據(jù)經(jīng)合組織(0ECD)測算全球整體產(chǎn)業(yè)的年均增長率僅為1.3%,相比之下，去全球光電子產(chǎn)業(yè)的復合年增長率為7%。相較之下，其增長速率已經(jīng)超過中國5年國內(nèi)生產(chǎn)總值復合增長率(增長率為整體上來看，未來全球光子產(chǎn)業(yè)的主要聚集區(qū)域仍然會分布在北美(美國、加拿大)、歐盟(英國、法國、德國)和東亞(中國、日本、韓國)等國家和地意意意意景意意意意景意意意意圖全球光子產(chǎn)業(yè)規(guī)模及增長速度上世紀70年代末，美國商務部曾指出，未來全世界的光子產(chǎn)業(yè)將以比微電子產(chǎn)業(yè)高的多的速度發(fā)展，誰在光子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權(quán)，誰就在21世紀的尖端科技較量中奪魁。1980年，美國成立了光電子學產(chǎn)業(yè)發(fā)展學會 Packard、Hughes/GM、IBM、Motsrola等涉及光子產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)，這個協(xié)會的宗旨在于促進北美光電子產(chǎn)業(yè)在全球市場上競爭力的提高。1998年，美國國家委員會提出大力發(fā)展光學與光子技術戰(zhàn)略；2012年，美國國家研究委員會(NRC)更新國家光學技術發(fā)展需求報告《光學與光子：必要技術》提出由光子技術驅(qū)動美國對相關5大領域的投資及競爭力；2012年，由美國光學學會0SA、光學與光子國際學會SPIE、IEEE光子學會IPS、美國激光研究所和美國物理學會激光科學分部APS等共同成立“美國光子計劃”;2014年，公布了“光學與光子技術建立更光明的未來”報告，明確將支持發(fā)展光學與光子基礎研究與早期應用研究計劃開發(fā)。2019年北美的光子產(chǎn)品產(chǎn)量估計為1075億美元，而在2015年這個數(shù)字僅為600億美元，5年的復合年增長率約超過7%,保持了較高速度。和歐盟、中國、日本等經(jīng)濟體的激烈競爭下，美國意識到自己正在失去全球市場份額。奧巴馬上臺后，政府出臺了與企業(yè)、大學、社區(qū)共同建立國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡的倡議(NNMI)。10年間，美國NNMI已建立了16個各有側(cè)重的制造業(yè)創(chuàng)新研究所，形成了遍布全國的先進制造創(chuàng)新網(wǎng)絡，在16個研究所中，美國集成光子制造創(chuàng)新研究所(AIMPhotonics)是政府投入最大的研究所，總投入6.1億美元，在各領域投資金額排第一。自此，美國的光子產(chǎn)業(yè)開始專注信息光子、生物光子和能量光子，逐漸占領光通信、生物醫(yī)療和國防武器等重點領域，特別是激光器領域的光電子元件發(fā)展最為迅速。但盡管美國在光學與光子學領域取得了許多創(chuàng)新性成果，迫于歐洲和中國、日本等國在光子技術的發(fā)展，仍難穩(wěn)定它在國際上的技術領先地位。2021年，為確保美國在全球光基礎技術創(chuàng)新方面保持領先，美國國會牽頭成立了國家光學與光子學核心小組，并向AIMPhotonics追加支持3.21億美元，依托紐約州立大學理工學院核心集成光子研發(fā)線AlbanyNanoTechComplex,形成了世界上第一個開放獲取的完整集成光子制造生態(tài)系統(tǒng)。歐洲光子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以追溯到17世紀的法國(當然還不能與真正意義的現(xiàn)代光子產(chǎn)業(yè)相提并論),1665年成立的皇家玻璃制造廠(RoyalMirrorGlass 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書Manufacture)為歐洲皇室提供高精度玻璃，也是新材料巨頭法國圣班戈集團的前身。隨后光譜制造商JobinYvon(1997年HORIBA集團收購了JobinYvon)和著名相機制造商徠卡(Leica)分別與1819和1849年誕生。經(jīng)過百年的發(fā)展，歐洲光子產(chǎn)業(yè)的市場份額已經(jīng)穩(wěn)居世界第二。同時，歐盟認為大力發(fā)展光子學可以為歐盟在未來提供一個發(fā)展無碳經(jīng)濟的機會以及綠色環(huán)保社會的解決方案，加大了對光子產(chǎn)業(yè)的支持力度。2013年，歐盟議會通過新的科研框架計劃“地平線2020”,其中，光子基礎技術納入第八框架，已累計投入64.7億歐元；2018年，歐盟委員通過了法、德、意、英四國共同提出的“微電子聯(lián)合研究創(chuàng)新項目”,并將在2024年前向該項目投資17.5億歐元，預計會帶動60億歐元的私有投資，用于研發(fā)與工業(yè)場景聯(lián)系緊密的芯片、集成電路、傳感器等創(chuàng)新性技術與元器件；2019年，歐洲國家電子元件和系統(tǒng)領導地位聯(lián)合執(zhí)行體(ECSELJU)年度戰(zhàn)略計劃(2020),將多個光子領域技術作為重點研究方向；2020年，歐盟17個國家共同簽署了“歐洲處理器和半導體科技計劃聯(lián)合聲明”,投入1450億歐元的資金，用于研究2nm先進工藝制造、先進處理器等半導體技術，建立起歐洲獨有的先進的芯片設計以及產(chǎn)能。2019年，歐洲光子產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模約1115億美元，約占全球市場份額的19%,2015—2019年，歐洲光電子產(chǎn)業(yè)的增長率與全球保持，約為7%,它的增長速度超過了許多其他高科技產(chǎn)業(yè)(例如，IT行業(yè)：4.5%,醫(yī)療科技：4.9%,微電子：4%),這個速度是歐盟GDP年均增長率的三倍(2.3%),是歐盟工業(yè)生產(chǎn)增長率的五倍(1.5%),可見其增長的趨勢十分迅猛。因此，歐洲光子產(chǎn)業(yè)雖然在歐洲是一個規(guī)模不大的產(chǎn)業(yè)，但其發(fā)展活力顯而易見。在過去4年中，得益于光子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，歐洲得以保持其全球第二的市場份額，并為歐洲提供了39萬個就業(yè)崗位。光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書 (15.6%)和法國(15.3%)占據(jù)歐洲光子產(chǎn)業(yè)的絕大部分，其余分布在荷蘭、意大利、瑞士、瑞典和奧地利等國家。歐洲光子產(chǎn)業(yè)細分領域涵蓋消費光子、能量光子、信息光子和光子制造等，比如用于先進制造業(yè)的激光加工，用于航天航空的光傳感器、光通信模塊等核心零部件，用于成像設備的高端精密光學元件，用于電子信息制造的光刻機、半導體芯片等產(chǎn)品。著名企業(yè)有Switerlang日本的光子產(chǎn)業(yè)肇始于十九世紀末，日本政府于1906年在東京建設了日本光學研究實驗室。因日本參與第一次世界大戰(zhàn)的影響，研究精密玻璃、光學涂層、精密光學組件和光電子器件等占據(jù)主流，主要服務于生產(chǎn)軍事裝備的光學器件。一戰(zhàn)后，這些研究院所和企業(yè)開始涉足激光領域，主要研究激光的材料加工和光刻，比如世界著名的松下、奧林巴斯、佳能等企業(yè)逐漸掌握了高端光學技術和產(chǎn)品的生產(chǎn)，并以此在隨后的半個世紀形成了巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條，成為日本科技發(fā)展的主要貢獻者。日本在20世紀50年代開展了基于紅寶石晶體的有源光譜研究，并在1960年制造出日本第一臺激光器，并逐漸掌握光刻和精密加工技術。1980年，為推動光電子技 (OITDA);到90年代初，Amada,Daihen,發(fā)那科、日立、松下、三菱，NEC,NIIC,Shibuya和東芝等光子制造企業(yè)在國際市場嶄露頭角，并牢牢把控日本本土市場(83%日本市場占有率)。經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展，大量的日資企業(yè)成為光子產(chǎn)業(yè)領域的先驅(qū)企業(yè)，尤其在信2010年，日本開始實施尖端研究開發(fā)資助計劃是從600個提案中選出30個核心科研項目予以資助，項目資助的總金額達到1000億日元；2013年，日本開始實施的國家頂級研究計劃—先端研究開發(fā)計劃(FirstProgram)中，部署了“光電子融合系統(tǒng)技術開發(fā)項目”;2019年，啟動了旨在支持顛覆性創(chuàng)新、復興科技創(chuàng)新立國的新項目“登月型”研發(fā)項目。提出了面向2050年的研發(fā)目標，主要包括容錯型通用量子計算機等如今，近一半的日本光子企業(yè)將光子產(chǎn)品生產(chǎn)線設在海外，其中中國是主要的目的國。2005年，日本光子產(chǎn)業(yè)全球市場份額約占32%,這一比例在2011年下降至21%,在2015年下降至16%,因日本經(jīng)濟長期低迷、工業(yè)不振，到2019年，日本光子產(chǎn)業(yè)僅占全球市場份額的12%左右。根據(jù)日本光電子產(chǎn)業(yè)和技術發(fā)展協(xié)會 (0ITDA)的數(shù)據(jù)，2015年日本國內(nèi)光電子市場總價值為649.68億美元。但歐洲的Photonics21在對全球光子產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品類型進行調(diào)整后指出，日本光子產(chǎn)業(yè)市場總值已達到736.3億美元。在過去的十年里，日本光子產(chǎn)業(yè)在光子產(chǎn)品生產(chǎn)技術、光學測量、圖像處理、醫(yī)療技術、生命科學方面均有所增長。但在光通信、光學元器件、光顯示和光伏等領域的份額有所下降。但仍然需要注意的是，雖然受到美國、歐盟和中國的影響，日本在光子產(chǎn)業(yè)領域擁有較多的核心技術和產(chǎn)品，其產(chǎn)品在高端市場擁有較大份額，仍然擁有較大的附加值，依舊是韓國光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對較晚，但發(fā)展速度和規(guī)模擴張較快，光子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為韓國的主要支柱產(chǎn)業(yè)(韓國支柱產(chǎn)業(yè)：電子信息、半導體、顯示器、汽車、造船、新再生能源領域)中附加值最高的核心產(chǎn)業(yè)。韓國開展光子技術研究的主要機構(gòu)集中在首爾大學、高麗大學等高等院校和韓國光技術研究院、韓國科學技術研究院、韓國標準科學研究院等科研院所，主要涵蓋第四代光源光通信和生物光子技術等領域。2010年，韓國光學會發(fā)布《國家光技術路線圖建設》報告，制定了到2025年實現(xiàn)光子產(chǎn)業(yè)強國全球第二的宏大發(fā)展愿景，其中提到要實現(xiàn)20個以上引領全球的頂尖光子產(chǎn)品，并占據(jù)世界光子核心技術專利和光子國際標準的10%以上。2019年，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部發(fā)布了《光融合技術綜合發(fā)展計劃》,對光子技術與光產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃予以全方面的大力支持。并計劃通過大力發(fā)展光子產(chǎn)業(yè)到2025年實現(xiàn)全球根據(jù)Photonics21的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019年韓國光子產(chǎn)品產(chǎn)值約為795億美元，其中光顯示貢獻了50%的力量，三星顯示(SamsungDisplay)和LG顯示(LGDisplay)是全球主要的顯示器制造商，占據(jù)了較大的市場份額。當前韓國光子產(chǎn)業(yè)主要涉及光通信、光顯示、光伏、半導體、激光加工、生物光子、光學元器件(二)國內(nèi)光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國光子產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展雖然與國外起步時間差距不大，但因為眾所周知的系列原因阻礙了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，在改革開放前還未形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)，多是以科研為目的。在1994年香山科學會議對“光子學的前沿與趨勢”進行了深入討論后，我國開始關注光子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并對光子產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展中起到的推動性作用有了越來越明確的認識和共識。2015年以來，中國陸續(xù)發(fā)布的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《“十三五”國家信息化規(guī)劃》等國家戰(zhàn)略規(guī)劃中，均將光電子技術作為重要方向進行布局。2018年1月，工信部發(fā)布《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展路線圖(2018—2022年)》,聚焦光通信器件、通信光纖光纜、特種光纖、光傳感器件四大方向。2020年，科技部等五部委聯(lián)合制定《加強“從0到 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書1”基礎研究工作方案》,提出面向國家重大需求，對包括3D打印和激光制造在內(nèi)的重大領域給予重點支持，推動關鍵核心技術突破。科技部啟動“光電子與微電子器件及集成”專項，按照硅基光子集成技術、混合光子集成技術等6個技術方向進行部署。國家自然科學基金委從信息光學與光電子器件、激光技術與技術光學、光物理等方面支持光子技術原始創(chuàng)新。2021年，“信息光子技術”被列為“十四五”國家重點研發(fā)計劃重點專SPIE(2020)統(tǒng)計年報顯示，2018年中國的光子產(chǎn)業(yè)營收為338億美元，約合人民幣2141億元，約占全球光子產(chǎn)業(yè)總營收的12%左右，市場規(guī)模十分龐大。從增長速度來看，2005年到2011年為中國光子產(chǎn)業(yè)爆發(fā)期，復合增長率高達22%,隨后開始趨于平穩(wěn)發(fā)展，2011年到2015年為12.4%,2015年到2019年為13%,連續(xù)14年保持中高增速。從市場份額來看，中國制造的光子產(chǎn)品在全球市場的份額增加從2005年的10%到2011年的21%和2019年的30%,14年增長了20%。Photonics21在2020年度報告中提出“很明顯，中國現(xiàn)在已經(jīng)成為國際光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的領導者，其規(guī)模和產(chǎn)量已領先于歐洲、北美、圖2005-2019年中國光子產(chǎn)業(yè)市場圖2005-2019年中國光子產(chǎn)業(yè)市場占有率中國光子產(chǎn)業(yè)在光顯示和光伏兩大領域年產(chǎn)值超過千億元規(guī)模，特別是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，因較低的產(chǎn)品定價和生產(chǎn)成本，在2013年光伏雙反案(Anti-DumpingandAnti-Bribery)失敗之后迅速占據(jù)全球市場份額的60%以上。光顯示領域因日本、韓國和中國臺灣的企業(yè)對投資中國大陸的熱衷，使得大量的企業(yè)和工廠在中國大陸陸續(xù)建成，全球市場占有率逼近40%。光通信在中國經(jīng)歷了3G時代的失敗和4G時代的“補短板”后，進入光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5G時代，中國的光設備、光纖光纜和光器件光模塊三大領域，全球市場份額均超過50%。中國光通信企業(yè)已經(jīng)24.6%、13.5%、6.5%的份額位居全球光通信設備市場的第1、第2和第5位，三家總份額接近全球市場的一半。而中國光纖光纜“五巨頭”長飛、亨通、烽火、中天、富通，均可排進世界前十大供應商。因中美競爭等眾所周知的原因，中國仍然在光刻機等光子制造領域面臨“卡脖子”的情況。當前，中國在光子制造方面正全面發(fā)力，國家實施“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”科技重大專項，2009年，國產(chǎn)首套90納米高端光刻機研制成功，2019年，武漢光電國家研究中心突破光束衍射極限的限制，光刻出最小9納 光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書米線寬的線段，一舉實現(xiàn)光刻機材料、軟件和零部件的三大國產(chǎn)化。2022年，上海微電子交付首臺2D/3D高端封裝光刻機。同時，由中科院西安光機所孵化的中科微星、北京卓鐳和杭州奧創(chuàng)等光子制造產(chǎn)業(yè)化公司，專注于飛秒激光器及空間光調(diào)制器的產(chǎn)業(yè)化推廣，中科微精則致力于飛秒激光高端制造裝備的產(chǎn)業(yè)化，初步實現(xiàn)光子制造技術及裝備從0到1的突破。同時，在光芯片領域，中國還有較大差距，市場機構(gòu)LightCounting提出“盡管中國芯片供應商取得了重大進展，但在高速(50G及以上)組件的開發(fā)方面，仍落后于西方競爭對手2—3年?！边@也是一塊關鍵的短板，需要科研界、產(chǎn)業(yè)界的群策群力來完成。應用篇光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書——應用篇目前，我國制造業(yè)工業(yè)產(chǎn)值占全球近30%,大體相當于美國、日本、德國制造業(yè)增加值的總和。但現(xiàn)階器件和核心技術競爭力比較薄弱，在“卡脖子”背景為我國高端制造業(yè)發(fā)展的主旋律。2020年起受疫情影(一)光刻機術含量最高的設備，被譽為“半導體工業(yè)皇冠上的明清洗機、離子注入機等),價值含量極大，對光刻精一是,向更短光源波長沖刺。光刻機歷經(jīng)五代，限。RET(分辨率增強技術)是指對掩模和光照系統(tǒng)做幅(0PC法)或相位(PSM法),調(diào)整光源入射角度(0AI法)等提高分辨率、增加焦深、改善圖形質(zhì)量，在內(nèi)外環(huán)境影響下，國內(nèi)加大光刻機研制力度。EUV光源為激光等離子光源(LPP),目前僅美國廠商 泛應用的主要為深紫外光刻機(DUV)、極紫外光刻機公司實質(zhì)上只負責光刻機的設計和各模塊集成，以工廠格羅方德(GobalFoundries)、存儲廠海力士 大ASML、尼康、佳能的集成電路用光刻機出貨超過達296.2億美元，同比增長58.23%,占全球半導體設備設備投資的23%,相信未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G等應用場景光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書國內(nèi)唯一，世界唯二研制出光刻機雙工件臺的設備企領域的空白，打破了國外廠商對該技術產(chǎn)品的長期壟Arf浸沒式光刻曝光光學系統(tǒng)的研發(fā)攻關正在順利進與此同時，國內(nèi)光刻機產(chǎn)業(yè)鏈在很多領域短板明(二)超快激光制造1)微細加工，高強度材料很難進行機械加工，機微結(jié)構(gòu)加工，通過使用超快激光進行微結(jié)構(gòu)的加光聚合物內(nèi)部三維成型，光聚合材料具有光敏特2)激光去除污染，利用超快激光去除超潔凈光滑 脈沖，即飛秒脈沖染料激光器、摻鈦藍寶石、鎂橄欖件，主要包括激光晶體材料、光學鏡片、泵浦源、振核心部件。在超快激光器中，激光芯片(20%-30%)和特種光纖(15%-20%)可占超快激光器總成本達激光器需要一種特殊的反射型啁啾體布拉格光柵 (VBG),用于脈沖展寬和壓縮。全球光纖激光器龍頭量從海外進口，主要代理商包括上海昊量、筱曉光子光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書 彩打標、隱形二維碼標記、FPC柔性電路板的加工、應商有卓鐳激光、安揚激光、貝林激光、Light超快激光占全球激光器市場占比不足20%,隨著超快激測算，2022年全球超快激光器市場規(guī)模將達到166億在國內(nèi)科研基礎不斷夯實和需求擴張的雙輪驅(qū)動長，預計到2026年中國超快激光行業(yè)市場規(guī)模將達到激光器設備供應商眾多，技術趨于成熟，競爭激烈。目前，全球超快激光器60%以上的市場主要被通1)全球激光器龍頭通過并購快速獲取超快激光技2)全球超快激光器龍頭布局上游核心零部件，進但國內(nèi)激光器供應商憑借著具有競爭力的產(chǎn)品價格，良好的本地售后服務保障，快速的定制化研發(fā)設1)手機LCD屏異形切割設備年需求量在100臺以上，全自動設備價格在250萬元左右，半自動設備在70萬元左右，屬于目前超快激光應用最成熟的市場之貝林激光、Lightconversion等。安揚激光推出的2)手機攝像頭藍寶石蓋板切割主要應用于蘋果系3)玻璃攝像頭蓋板切割也是超快激光的主要應用4)特殊標記的防偽炫彩打標屬于高端應用市場，5)隱形二維碼標記也主要應用于蘋果公司，預計著5G市場的逐步打開，這類材料的加工應用會持續(xù)增 在科研市場，超快激光器廠家同樣眾多，競爭激英諾光電、卓鐳激光等。超快光纖激光器代表廠家有科研市場規(guī)模，算上所有皮秒、飛秒激光器，估計在(三)激光增材制造成形原理進行分類，最具代表性的為激光選區(qū)熔化當前激光增材制造主要研究熱點及技術進展在材包括成型中缺陷的相互耦合作用機制研究及針對超高光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書國OS-SEUS公司的3D打印鈦合金植入物Aries,具有愛康醫(yī)療推出3D打印鈦合金骨科植入物，實現(xiàn)首例19生產(chǎn)所需耗材及輔助運行軟件。伴隨著制造技術的發(fā)展，下游應用領域持續(xù)拓寬，覆蓋航天航空、醫(yī)療生質(zhì)、流動等現(xiàn)象分析方法成熟，可提供完整的解決方案，已在行業(yè)內(nèi)大范圍制造工藝仿使用，處于壟斷地增材制造設備的產(chǎn)業(yè)鏈的中游，產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比最為航空航天等高端設備制造及修復領域的重要技術手17%,到2026年將達到372億美元。至320億元，年均復合增長率為41.42%,預計2023年產(chǎn)增速，促使我國增材制造產(chǎn)業(yè)占全球的比重在不斷增業(yè)級增材制造設備制造商達到266家，同比增長美國國防部成立了國家選區(qū)熔化成形創(chuàng)新聯(lián)盟熔化成形試點聯(lián)盟投資4500萬美元，創(chuàng)新聯(lián)盟共包括利機構(gòu)。眾所周知的美國Boeing公司、Lockheed集了法國Airbus公司、歐洲宇航防務集團(EADS)的設備生產(chǎn)研發(fā)方面做了大量的研究工作，并且成功應用的設備主要還是以國外的產(chǎn)品為主，包括美國的 醫(yī)學治療，其中光學圖像醫(yī)學診斷市場占比超過2022年生物醫(yī)學光子市場規(guī)模產(chǎn)業(yè)中的成功應用，激光醫(yī)療備受關注，市場保持CAGR>13.6%的增速，根據(jù)A1liedMarket光醫(yī)療器械企業(yè)約有200家，持續(xù)拉進與發(fā)達國家距光子時代：光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書激光診出(一)基因測序療過程中使用的多種藥物的濃度，大大提高了檢測效和醫(yī)療服務需求多樣化的發(fā)展，基于基因組學、多組