3月27日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)黨組書(shū)記、主任竇賢康在2025中關(guān)村論壇年會(huì)開(kāi)幕式上發(fā)布了2024年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。北京大學(xué)馬仁敏教授團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的“實(shí)現(xiàn)原子級(jí)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(guó)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(dòng)由近140位相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者從700多項(xiàng)基礎(chǔ)研究成果中遴選出31項(xiàng)成果，邀請(qǐng)包括440余位兩院院士在內(nèi)的2700余位專家學(xué)者對(duì)這31項(xiàng)成果進(jìn)行實(shí)名投票，評(píng)選出10項(xiàng)重大科學(xué)研究成果，經(jīng)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)咨詢委員會(huì)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(jí)操控

傳統(tǒng)激光器受限于光學(xué)衍射極限，難以將光場(chǎng)壓縮至納米尺度。北京大學(xué)馬仁敏教授團(tuán)隊(duì)提出奇點(diǎn)色散方程，通過(guò)全介電蝴蝶結(jié)納米天線與轉(zhuǎn)角納腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首次在介電體系中實(shí)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(wú)限趨近于零，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)激光器體積。該設(shè)計(jì)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(wèn)題，還將光腔品質(zhì)因子提升至超百萬(wàn)級(jí)，顯著增強(qiáng)了能量存儲(chǔ)能力和激射效率。 

更令人矚目的是，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了可重構(gòu)光頻相控陣技術(shù)，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控納米激光器陣列中各單元的激射波長(zhǎng)與相位，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)可編程的光場(chǎng)分布。實(shí)驗(yàn)展示的“P”、“K”、“U”及“中國(guó)”等圖案化激射，驗(yàn)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(dòng)萬(wàn)億級(jí)光子產(chǎn)業(yè)升級(jí)

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(cè)，該技術(shù)有望推動(dòng)芯片算力提升百倍，同時(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)整光束方向與波長(zhǎng)，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(lái)手機(jī)直接衛(wèi)星通信成為可能。

原子級(jí)精度的激光場(chǎng)調(diào)控能力，將推動(dòng)DNA測(cè)序、單分子檢測(cè)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(gè)數(shù)量級(jí)。

未來(lái)展望：從實(shí)驗(yàn)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(chǎng)的奇點(diǎn)介電納米激光》在Nature上發(fā)表，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在介電體系納米激光器的原創(chuàng)性突破，一舉打破了國(guó)外在等離激元技術(shù)路徑上的專利壁壘。國(guó)際權(quán)威期刊Nature評(píng)價(jià)稱：“中國(guó)團(tuán)隊(duì)開(kāi)辟了納米光子學(xué)的新范式，或?qū)⒅鲗?dǎo)未來(lái)十年的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定?！?/p>

據(jù)透露，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正與華為、中芯國(guó)際等企業(yè)合作推進(jìn)納米激光器晶圓級(jí)制造工藝，計(jì)劃2026年建成首條中試生產(chǎn)線。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)表示，將設(shè)立專項(xiàng)基金支持光頻相控陣技術(shù)在量子計(jì)算、太空探測(cè)等國(guó)家重大工程中的應(yīng)用驗(yàn)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(chǎng)關(guān)乎國(guó)運(yùn)的技術(shù)競(jìng)速。隨著我國(guó)在光子芯片、6G通信等領(lǐng)域的全面布局，這項(xiàng)“小”到極致的激光技術(shù)，正悄然掀起一場(chǎng)“大”至無(wú)限的產(chǎn)業(yè)革命。