作者：罗先刚（我国工程院院士、心脏我国科学院光电技能研讨所所长） 。光经
。济智人类对光的心脏探究贯穿了整个文明史 。从燧人氏钻木取火 ，光经到墨子提出“光沿直线传达”的济智朴素理论 ，再到牛顿用棱镜分化白光提醒光谱的心脏奥妙 ，光始终是光经科学与技能演进的见证者 。进入21世纪 ，济智这场跨过千年的心脏对话迎来了全新维度——光经济 。这一概念不再局限于光学仪器的光经制作 ，而是济智以光子为中心 ，深度交融动力 、心脏信息 、光经生物、济智量子等前沿范畴，成为重塑全球工业格式的要害力气 。
光经济的兴起 ，实质上是三次光学革新的堆集与突变。17世纪到19世纪期间 ，折射规矩与衍射理论的树立 ，让人类初次体系掌控光的传达规矩；20世纪中叶 ，激光与光纤的发明 ，催生了信息社会的底层架构；而当下 ，光子与纳米技能、量子核算 、人工智能的穿插交融，正推进光经济进入“3.0年代” 。在这一阶段，光子既是能量的载体 ，也是信息的前言 ，更是生命的探针 。从激光核聚变点着“人工太阳” ，到光子芯片打破算力极限 ，从超分辩显微解析分子运动 ，到光钟从头界说时空基准 ，光经济正在打破物理与幻想的鸿沟 。
未来10年 ，光经济将进入爆发式增加期 。对我国而言 ，这场革新既是前史性机会 ，也是严峻考验 。长江经济带和东部滨海的光技能工业集群 、全球抢先的光伏产能 ，以及“太极方案”空间引力波勘探等重大工程 ，显现了我国的战略大志 。但是 ，光学和光子工业中的“卡脖子”问题 ，仍如达摩克利斯之剑高悬。我国能否在这场光子革新中占有制高点 ？如安在技能封闭与全球竞合中破局？
陕西光电子先导院 新华社发 。
从追光到擎光 技能演进中的工业蝶变 。
人类与光的互动史，是一部技能革新的编年史 。17世纪，斯涅耳提出光的折射规矩 ，伽利略改进望远镜观测木星卫星 ，牛顿经过棱镜分化白光 ，这些探究催生了经典光学理论体系。折反射规矩与衍射理论的树立 ，不只让人类初次体系了解光的传输行为 ，也进一步推进了玻璃研磨、透镜制作等技能的打破。19世纪以来 ，德国蔡司公司凭仗阿贝正弦条件理论优化显微镜规划 ，使成像分辩率大幅进步；德国肖特玻璃厂研制出了硼硅酸盐玻璃 ，具有杰出化学安稳性 、低热膨胀系数和高折射率，为光学仪器在不同环境条件下安稳作业供给了要害资料；此外 ，迈克尔逊干与仪和法布里-珀罗干与仪的发明 ，使得光学成为精细丈量的重要东西 ，广泛使用于光谱分析和长度丈量 。这些理论和技能打破奠定了现代光学工业的根底 。
20世纪中叶 ，激光器的发明彻底改变了光技能的使用范式 。1960年 ，美国休斯实验室的梅曼研制出首台红宝石激光器 ，这种高单色性、高相干性、高准直性的光束敏捷被使用于通讯 、医疗与工业加工 。光纤通讯替代铜缆 ，让信息传输进入光速年代；CCD/CMOS传感器则成为数字印象的柱石 。荷兰ASML公司凭仗高端光刻机掌控芯片制作命脉 ，一台极紫外（EUV）光刻机包含超越10万个零件 ，触及光学 、机械 、真空 、操控等十多个学科，其复杂度堪比核反应堆，而我国在这一范畴仍处于追逐阶段 。
进入21世纪，光技能开端与量子 、纳米 、生物科技深度交错，催生出更具颠覆性的“3.0年代” 。光子晶体经过周期性结构操控光子运动轨道 ，可使光速下降至百分之一以下 ，为光存储与量子核算供给或许；超资料经过亚波长结构规划完结负折射率 ，让“完美成像”和“光学隐身”从科幻走向实际；激光雷达和核算机视觉使得无人驾驶成为或许 ，一起推进无人机技能和低空经济的飞速开展；光镊技能使用激光势阱操控DNA 、病毒等微观粒子，为单分子生物力学研讨拓荒新途径；2017年，LIGO勘探器经过4公里臂长的激光干与仪 ，捕捉到13亿光年外黑洞兼并发生的引力波 ，验证了爱因斯坦的百年预言 。这些打破不只拓宽了光的使用鸿沟 ，更让光子成为动力 、信息 、生命的通用“钱银” 。光经济至此完结了从辅助东西到独立经济形状的蝶变——它不再依附于其他工业 ，而是经过光子技能的自主立异直接发明价值 。例如 ，美国Lightmatter公司研制的光子AI芯片Envise，经过干与与衍射完结并行核算 ，速度可到达Nvidia A100 AI芯片的五倍 ，且仅耗费六分之一的功耗 。
纵参观经济的演化前史 ，其原动力从20世纪曾经的“科学-技能-爱好”协同立异，经过两次国际大战以及战后国际竞争 ，开展到当时的“科学-技能-需求”驱动 。展望未来 ，光经济的开展必将愈加依靠人们对未来国际的期盼 ，不断拓荒新的科技和工业赛道 。
光的魅力 光子怎么重塑国际。
在动力范畴 ，光子正在改写人类获取与使用能量的规矩 。2022年12月 ，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的“国家点火装置”（NIF）经过192束高能激光炮击氘氚靶丸 ，初次完结核聚变净能量增益（Q值达1.5） 。这一打破标志着“人工太阳”从科幻迈向实际，为商业核聚变发电铺平道路 。另一项颠覆性技能是辐射制冷，使用多级孔 、多层膜或许超外表结构 ，完结太阳光高反射 ，一起将地表热量以8～13微米红外波段辐射至太空 。夏日可使修建外表温度下降15℃。若全球10%的修建选用该技能 ，每年可削减二氧化碳排放12亿吨以上。
信息传输是光经济的传统优势范畴 ，但其鸿沟仍在不断扩展 。在太空 ，马斯克的星链方案经过1.2万颗卫星构建激光通讯网络，V3版别单链路容量达4Tbps ，有望支撑万人一起进行8K视频通话。在地上 ，我国FAST射电望远镜使用4450块自动反射面板实时调整形状 ，观测灵敏度比德国波恩100米望远镜进步约10倍,比美国阿雷西博300米射电望远镜进步约2.25倍。FAST迄今已发现超越1000颗脉冲星 ，其间包含很多毫秒脉冲星和脉冲星双星 ，关于了解脉冲星的构成和演化具有重要意义 。而在微观规范 ，硅光技能将光子与电子集成于同一芯片 ，使数据中心的数据传输速率进步百倍，能耗下降90% 。英特尔推出的1.6Tbps硅光引擎，可在1秒内传输2部4K电影 ，为ChatGPT等大模型练习供给底层支撑。
光子的生物医学使用 ，让人类得以窥见生命的实质 。光遗传学经过向神经元植入光敏蛋白，用蓝光精准操控脑区活动 ，能够改进帕金森病小鼠的运动障碍。超分辩荧光显微技能打破衍射极限 ，分辩率可达纳米量级 ，使科学家初次观察到HIV病毒外表gp120蛋白与CD4受体结合的动态进程 。在临床确诊中 ，光学相干断层扫描（OCT）可生成视网膜的微米级三维印象 ，精度比美安排切片 ，全球每年有超越3000万例眼科疾病依靠该技能确诊 。此外 ，我国患有心血管病的人数约3.3亿，构成的逝世率占居民疾病逝世的40%以上 ，OCT 、荧光成像 、光声成像等技能有望在心血管疾病的查看和医治中发挥不可或缺的效果 。
光子还可带来精细制作范畴的革新。经过激起光子和电子的强耦合体 ，可将光子在资猜中的等效波长缩短十倍以上 。超隐形切开技能使用激光-物质相互效果进程中的非线性反应，可在通明资猜中完结横向精度10纳米、深宽比超15000的纳米深加工 。激光增材制作技能可将传统焊接工艺制作的数十个部件整合为单一全体结构，耐温功能达1300℃（超越航空发动机作业极限） ，在极点振荡条件下的疲惫寿数比传统部件延伸300% 。
量子科技与光子更是天然生成盟友。例如，激光冷却技能将铷原子温度降至1微开尔文（挨近绝对零度） ，使原子钟的精度进步至百亿年差错不超越1秒 ，为斗极卫星导航体系供给时刻基准 。2023年 ，美国哈佛大学团队在根据光镊阵列的中性原子阵列量子核算平台上 ，用量子纠错码编码了48个逻辑比特 ，迈出了容错通用量子核算的要害一步 。
人工智能的算力需求催生了光子核算革新 。传统电子芯片受限于发热与带宽 ，而光子芯片经过波导与谐振腔完结光信号处理，能效比进步千倍 。美国Lightmatter公司研制的Envise光子处理器 ，在1平方厘米芯片上集成2000万个光学元件 ，专为神经网络优化规划 ，其矩阵乘法速度较英伟达A100 GPU进步1.5到10倍 。未来 ，光子-电子异构核算架构或将成为通用人工智能的根本形状——光子担任大规划并行核算 ，电子专精逻辑操控，两者协同打破“冯·诺依曼瓶颈” 。
逐光而行 打破瓶颈与取胜未来 。
我国的光经济地图 ，沿着长江经济带和东部滨海展开了一幅特征明显的工业画卷 。
上游的成渝区域聚集光动力 、光制作、显现与传感技能 ，成渝区域新式显现工业占全国比重超30% ，已建成全球最大的OLED生产基地；成都光亮光电的光学玻璃产销量达全球的40%；瑞声科技在重庆建造全球最大的WLG镜片制作工厂 。中游的武汉“光谷”聚集了烽烟通讯 、华工激光等企业，激光切开设备出口至100多个国家。下流的长三角则瞄准光子芯片与量子技能 ，合肥根源量子推出的24比特超导量子核算机“悟源”，在化学模拟与暗码破解范畴展示潜力 。此外 ，长春 、北京、上海、深圳等地分别在光学卫星、半导体光电子 、红外光学 、光通讯器材等范畴构成了较为完好的工业链 ，开展势能强壮 。
但背面也有隐忧。在“一大一小”两个极点范畴——空间引力波勘探需完结300万公里间隔以上皮米级位移丈量 ，极紫外光刻却要求在米级巨细的镜面上完结20皮米级外表精度（原子级平整度） ，我国仍处于追逐阶段。例如 ，“太极方案”的激光干与测距精度需到达1皮米 ，相当于在地球与月球之间丈量出一根头发丝的直径改变 ，其间心弱光锁相技能已经过“天琴一号”卫星验证 ，但工程化使用仍需十年左右。此外 ，高端光学玻璃商场被美国康宁 、德国肖特 、日本HOYA等独占 ，我国许多特别玻璃仍需进口 。
破解困局需多维度发力 。国家层面 ，可将光经济归入战略性新兴工业目录 ，建立千亿级光子工业基金，专项支撑激光、精细光学和光电配备 、光子芯片等“硬科技” 。在成都、武汉、合肥等地建造光经济立异特区 ，试点研制费用加计扣除 、数据跨境活动等方针 。技能上 ，可学习国外一些先进形式 ，整合东部滨海-长江经济带-西部战略内地的立异资源要素 ，打造自主可控的技能生态 。国际合作亦不可或缺，可经过共建光技能交易平台 、推进光子新工业的规范互认 ，构成光经济“战略内地”“前沿高地”“技能高原”等形状的有机结合 。
光经济正在迎来爆发式增加。到2027年 ，光通讯网络 、新式显现 、激光加工和增材制作等传统范畴有望构成千亿级商场；2030年前后 ，光子芯片 、光量子传感和光量子通讯网络等新技能将完结工程化验证 ，成熟度不断进步；至2035年 ，全工业链规划或打破万亿元 。我国能否在要害范畴完结反超并继续抢先 ，将在很大程度上决议未来国际工业格式 。这场比赛没有结局 ，唯有继续立异者才干永立潮头 。如果把光学比作工业的“眼睛” ，那么光经济将是智能年代的“心脏”，这颗“心脏”的跳动节奏 ，或许就影响未来工业的脉动 ，而保护“心脏”的健康源于光立异链和工业链的无缝联接 。
。（光亮日报记者崔兴毅采访收拾） 。
《光亮日报》（2025年03月20日 16版） 。
