2025年中国微米纳米技术学会微纳光学创新论坛

会议名称：中国微米纳米技术学会微纳光学创新论坛（2025）主题：微纳光学前沿：引领创新、驱动发展

大会主席：张学军、段文晖

大会副主席：王晓浩、柳强、吴一辉

大会执行主席：黎大兵、薛栋林、唐飞

以下内容为GPT视角对中国微米纳米技术学会微纳光学创新论坛相关领域的研究解读，仅供参考：

微纳光学研究现状

一、核心研究方向与突破

超构表面（Metasurfaces）

进展：通过亚波长结构单元（如纳米天线、孔阵列）实现光波前所未有的调控能力，包括振幅、相位、偏振和频率的动态控制。

应用：

平面光学器件：超透镜（Metalens）实现轻薄化成像系统，替代传统折射透镜。

全息显示：动态生成三维全息图像，应用于AR/VR和防伪技术。

偏振调控：设计手性超构表面实现圆偏振光分离，用于光通信和量子光学。

纳米光子学与等离激元学

进展：金属纳米结构（如金、银纳米颗粒）的表面等离激元共振（SPR）被用于增强光与物质相互作用，突破衍射极限。

应用：

表面增强拉曼散射（SERS）：单分子水平检测，用于生物传感和化学分析。

纳米激光器：基于等离激元腔的亚波长激光器，实现高密度光集成。

热电子器件：利用等离激元热电子效应开发高效光催化或光电探测器。

光子晶体与拓扑光子学

进展：通过周期性结构调控光子带隙，实现光传输的精准控制；拓扑光子学引入拓扑保护态，增强抗干扰能力。

应用：

低损耗波导：用于光通信和量子计算中的光子传输。

拓扑激光器：利用拓扑边界态实现单模、高方向性激光输出。

微腔与微激光器

进展：回音壁模式（WGM）微腔和法布里-珀罗腔的Q值突破亿级，实现超低阈值激光。

应用：

高灵敏度传感器：检测单分子或纳米颗粒。

量子光源：生成纠缠光子对，用于量子密钥分发。

二、技术驱动因素

先进制造技术

电子束光刻（EBL）：实现纳米级精度结构加工。

纳米压印（NIL）：低成本大规模生产超构表面。

3D激光直写：构建复杂三维光子结构。

自组装技术：利用分子间作用力形成有序纳米结构。

材料创新

低损耗材料：氮化硅、氮化镓等替代传统硅基材料，降低光损耗。

相变材料：如二氧化钒（VO₂），实现动态可调光学器件。

二维材料：石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）用于超快调制和非线性光学。

计算光学设计

逆向设计算法：基于深度学习的拓扑优化，快速设计复杂功能器件。

全波仿真软件：COMSOL、Lumerical等支持多物理场耦合模拟。

三、应用领域拓展

生物医学

超分辨显微镜：突破衍射极限，实现纳米级分辨率成像。

光热治疗：金纳米棒等离激元结构用于肿瘤靶向治疗。

无标记检测：基于SERS的疾病标志物快速筛查。

信息通信

光子集成电路（PIC）：集成超构表面和波导，实现光计算和光互连。

LiDAR与3D传感：微纳光学器件提升激光雷达分辨率和探测距离。

能源与环境

太阳能电池：表面等离激元增强光吸收，提高转换效率。

光催化：纳米结构促进光生载流子分离，加速污染物降解。

量子技术

量子光源：微腔耦合量子点生成单光子源。

量子存储：光子晶体腔实现光子-原子纠缠存储。

四、挑战与未来趋势

挑战

制造精度与成本：纳米级加工需平衡精度与量产可行性。

材料损耗：金属等离激元结构的欧姆损耗限制效率。

集成度：多功能器件的兼容性与系统级集成。

未来趋势

动态可调器件：结合相变材料或电光效应实现实时调控。

人工智能辅助设计：利用AI加速新型光子结构发现。

跨学科融合：与量子科学、生物技术深度交叉，开拓新应用场景。

微纳光学研究可以应用在哪些行业或产业领域

微纳光学凭借其光场精准调控能力，在多领域实现应用突破：

生物医疗：用于超分辨显微成像、无标记疾病标志物检测，以及光热/光动力肿瘤治疗；

信息通信：支撑光子集成电路（PIC）实现光计算与高速互连，提升激光雷达（LiDAR）分辨率，助力自动驾驶与AR/VR显示；

能源环保：通过表面等离激元增强太阳能电池光吸收，或设计光催化纳米结构加速污染物降解；

量子技术：开发单光子源、量子纠缠存储等核心器件，推动量子通信与计算发展；

消费电子：集成超构表面实现轻薄化摄像头模组，或用于防伪全息标签；

航空航天：利用高灵敏度光子晶体传感器监测设备状态，或设计轻量化光学滤波器。

其应用正从实验室向产业化加速渗透，成为光电子、生命科学、量子信息等领域的关键技术支撑。

微纳光学领域有哪些知名研究机构或企业品牌

一、国际知名研究机构

麻省理工学院（MIT）

研究方向：超构表面、纳米光子学、量子光学

成果：开发全球首款全色超构透镜（Metalens），实现可见光波段成像。

斯坦福大学

研究方向：硅基光子学、纳米激光器、光子集成电路

成果：提出基于纳米天线的动态全息显示技术。

加州理工学院（Caltech）

研究方向：拓扑光子学、光子晶体、量子光源

成果：实现拓扑保护态激光器，抗干扰能力显著提升。

瑞士联邦理工学院（ETH Zurich）

研究方向：表面等离激元、生物传感、光热治疗

成果：开发等离激元增强型癌症诊断芯片。

新加坡国立大学（NUS）

研究方向：微腔传感器、柔性光子器件、光催化

成果：设计出检测单个病毒颗粒的高灵敏度光子晶体微腔。

二、国内领先研究机构

中国科学院

下属单位：

上海光学精密机械研究所：强激光与微纳光学交叉研究。

物理研究所：拓扑光子学、超构表面设计。

深圳先进技术研究院：生物医学光子学应用。

成果：实现基于超构表面的动态彩色全息显示。

清华大学

研究方向：计算光学设计、纳米光子器件、量子光学

成果：提出逆向设计算法，加速超构表面功能器件开发。

北京大学

研究方向：等离激元光子学、微腔激光器、非线性光学

成果：开发低阈值纳米激光器，应用于光通信芯片。

浙江大学

研究方向：硅基光电子集成、超分辨成像、光催化

成果：研制出突破衍射极限的荧光显微系统。

三、国际代表性企业

Meta（原Facebook）

应用方向：AR/VR显示

成果：投资超构表面技术，开发轻薄化近眼显示设备。

Intel

应用方向：光子集成电路（PIC）

成果：集成硅基光子模块，提升数据中心光互连效率。

IBM

应用方向：量子计算光学接口

成果：利用微腔耦合量子点，实现单光子源集成。

Lightmatter（美国初创）

应用方向：光子计算芯片

成果：推出基于超构表面的光子处理器，性能超越传统电子芯片。

Lumerical（Ansys旗下）

应用方向：光子仿真软件

成果：提供全波电磁仿真工具，支持微纳光学器件设计优化。

四、国内代表性企业

华为

应用方向：光通信模块、LiDAR传感器

成果：研发硅基光子芯片，用于5G/6G基站高速互联。

长光华芯

应用方向：高功率半导体激光器

成果：突破微纳结构散热技术，提升激光器效率。

禾赛科技

应用方向：激光雷达（LiDAR）

成果：集成微纳光学元件，实现长距离、高分辨率探测。

纵慧芯光

应用方向：VCSEL激光器、3D传感

成果：开发纳米级VCSEL阵列，应用于智能手机面部识别。

苏州纳米所（中科院）

应用方向：微纳光学制造

成果：建立纳米压印生产线，推动超构表面量产。

微纳光学领域有哪些招聘岗位或就业机会

一、核心研发类岗位

微纳光学工程师

职责：设计超构表面、光子晶体、纳米天线等微纳结构，优化光场调控性能（如相位、偏振、波长）。

技能要求：精通电磁仿真软件（如Lumerical、COMSOL），熟悉纳米制造工艺（EBL、NIL、3D激光直写）。

典型企业/机构：华为、Intel、中科院上海光机所、Meta Reality Labs。

光子集成电路（PIC）设计师

职责：开发硅基或氮化硅光子芯片，集成波导、调制器、探测器等功能器件。

技能要求：掌握光子设计工具（如PhoeniX、Luceda），熟悉半导体工艺流程（CMOS兼容）。

典型企业/机构：长光华芯、Luxtera（现Cisco）、浙江大学硅基光电子实验室。

量子光学工程师

职责：设计量子光源（如单光子发射器）、量子纠缠生成与存储系统。

技能要求：熟悉量子光学理论，具备微腔、量子点耦合实验经验。

典型企业/机构：IBM Quantum、中科院物理研究所、本源量子。

二、应用开发类岗位

AR/VR光学工程师

职责：开发超构透镜（Metalens）、衍射光波导等近眼显示光学模组。

技能要求：熟悉光学成像原理，具备 Zemax、Code V 建模能力。

典型企业/机构：Meta、Pico、歌尔股份。

生物传感研发工程师

职责：设计基于表面等离激元共振（SPR）或光子晶体的生物传感器，用于疾病检测或环境监测。

技能要求：掌握生物分子标记技术，熟悉微流控芯片集成。

典型企业/机构：博奥生物、华大智造、ETH Zurich 衍生公司。

激光雷达（LiDAR）系统工程师

职责：优化微纳光学元件（如SPAD阵列、衍射光学元件）以提升LiDAR分辨率与探测距离。

技能要求：熟悉激光原理，具备光学系统装调经验。

典型企业/机构：禾赛科技、速腾聚创、Waymo。

三、制造与工艺类岗位

纳米制造工艺工程师

职责：开发电子束光刻（EBL）、纳米压印（NIL）等微纳结构加工工艺，提升良率与精度。

技能要求：熟悉洁净室操作，掌握 SEM、AFM 等表征技术。

典型企业/机构：苏州纳米所、IMEC（比利时微电子研究中心）、台积电先进封装部门。

光子材料研发工程师

职责：开发低损耗光学材料（如氮化硅、硫系玻璃）或相变材料（如VO₂），优化器件性能。

技能要求：熟悉材料合成与表征（XRD、Raman），具备薄膜沉积经验。

典型企业/机构：Corning、Schott、中科院化学研究所。

四、交叉领域岗位

光子计算算法工程师

职责：开发基于微纳光学的光子神经网络算法，优化矩阵运算与模式识别。

技能要求：精通深度学习框架（TensorFlow/PyTorch），熟悉光子器件建模。

典型企业/机构：Lightmatter、Lightelligence、清华大学交叉信息研究院。

光热治疗系统工程师

职责：设计金纳米棒等离激元结构，结合医学影像技术实现肿瘤靶向治疗。

技能要求：具备生物医学工程背景，熟悉动物实验与临床前研究。

典型企业/机构：强生医疗、西门子医疗、复旦大学附属肿瘤医院联合实验室。

五、行业趋势与就业前景

技术融合驱动需求：随着微纳光学与AI、量子科学、生物技术的深度交叉，复合型人才（如“光学+计算机”“光学+生物”）需求激增。

产业化加速：AR/VR、自动驾驶、量子计算等领域的爆发，推动微纳光学从实验室走向量产，制造与工艺岗位需求增长显著。

地域集中性：就业机会主要集中于科技产业集群，如中国长三角（上海、苏州、杭州）、美国硅谷、欧洲荷兰（ASML所在地）。

六、技能提升建议

学术背景：攻读光学工程、材料科学、电子工程等相关专业硕士/博士学位，参与科研项目（如国家自然科学基金“微纳光子学”专项）。

技术认证：获取Lumerical认证工程师、COMSOL多物理场仿真专家等资质。

实践经历：通过实习或开源项目（如参与MIT超构表面设计工具开发）积累经验。