万亿分之一秒的“光技术”，正在颠覆三维芯片、AI计算和癌症早筛

来源：财联社

《科创板日报》10月27日讯（记者 杨小小）超快光学正从实验室加速走向产业化场景。

“AI的蓬勃发展，让人类对数据处理能力的需求急剧增长。当下由于微纳加工技术的限制，二维芯片难以大幅扩容。基于飞秒脉冲激光的纳米打印技术制造的三维芯片，将极大提升芯片的信息处理能力。”澳大利亚皇家墨尔本理工大学教授、澳大利亚技术科学与工程院院士贾宝华在日前于厦门举行的“好望角科学沙龙·超快光学专场”活动上表示。

她提到的飞秒脉冲激光，被业内普遍视为超快光学的核心技术基础。这项技术能够在10⁻¹⁵秒的时间尺度内释放高强度光脉冲，使科学家得以观测电子与分子的超快运动，也为工业界提供了实现纳米级精密加工和高精度检测的关键能力。

而激光纳米打印正是在飞秒脉冲激光技术突破基础上实现的。这一技术利用超短脉冲激光在纳米尺度下对材料进行高精度加工，可直接在金属、硅等基底上构建复杂的三维结构，为光学芯片、传感器及AI芯片制造开辟新的工艺路径，从而应对AI时代算力增长与芯片结构迭代需求。

激光纳米打印也是超快光学当前产业化应用的重要方向之一。《科创板日报》记者注意到，早在2023年，上市公司大族激光就曾公开表示，其飞秒双光子激光纳米3D打印设备已在金属及非金属材料加工环节实现销售。

从整体学科脉络来看，超快光学的核心在于利用超短脉冲激光精确调控能量与时间，以观测和操控物质在皮秒、飞秒乃至阿秒时间尺度下的动态行为。经过数十年发展，这一领域已形成多个技术分支——从飞秒激光加工到太赫兹成像、超强激光再到阿秒科学，应用范围也在精密制造、光子芯片到生物医疗、强场物理等方向持续拓展。

在此次沙龙上，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室研究员、博士生导师倪宏程进一步从时间维度阐释了超快光学的演进趋势。他指出，“阿秒是人类目前能够掌握的最短时间尺度，而光脉冲的时间尺度缩短，也意味着人类探索自然的能力提升。”

倪宏程提出了一个“时域摩尔定律”：从20世纪80年代飞秒技术诞生，到21世纪初阿秒科学出现，再到2020年前后进入仄秒（10⁻²¹秒）研究阶段，人类对时间分辨率的掌握正以每20年提升约三个数量级的速度推进。他认为，未来“仄秒核子物理”“仄秒重核碰撞电离”等方向的研究，有望在技术快速迭代中迎来突破。

如果说阿秒科学代表着人类在时间维度上对自然规律的极限探索，那么太赫兹技术与超强激光的研究，则体现了超快光学在空间分辨率与能量尺度上的持续延伸。这两条技术路径，也在加速从实验室逐步走向工程化与产业化。

在频段应用方向上，上海理工大学光电信息与计算机工程学院教授、博士生导师，上海市现代光学系统重点实验室常务副主任朱亦鸣介绍了太赫兹（THz）技术的最新进展。他指出，太赫兹波不同于传统光谱检测，能够识别大分子团有机分子的集体振动与转动，因此在癌症早筛、生物组织识别、材料无损检测等领域具有独特优势。另外，凭借高成像精度、良好的穿透性，太赫兹技术在高端装备、安防雷达等方向也展现出应用潜力。

《科创板日报》记者注意到，在太赫兹方向，上海理工大学团队围绕成果转化，早在2016年就组建了企业平台——上海上理太赫兹科技有限公司。目前，该公司正是由朱亦鸣教授担任大股东，持股比例超过43%。据悉，这种公司股权架构的安排，是上理工方面响应上海2017年前后出台的人才新政做出的调整，以股权激励推进太赫兹科技成果转化。

与太赫兹技术形成对照，张江国家实验室研究员李朝阳在分享中介绍，超强激光体现的是超快光学在高强度、高能量密度方向的持续突破：激光具有相干性、单色性和方向性，这三大特性赋予了激光高强度的特点，而把激光的“高强度”特点做到极致的超强激光，有重要的科研和战略价值。

目前，国内多家高校、科研院所都设立了超强激光相关的实验室、研究装置，包括上海张江国家实验室、长春理工大学等。国内在该领域的产业化方向主要集中在激光器件（放大介质、光栅、压缩系统）的国产化、高功率激光驱动装置的工程化以及与聚变能源、粒子加速相关的应用预研。

尤其是在目前产业界和资本界都高度关注的核聚变领域，超强激光是惯性约束核聚变（ICF）的重要驱动源。

随着底层技术的突破与成熟，超快光学相关的产业项目数量正在快速增长，其中不乏科研成果转化项目和科学家创业团队，成为超快光学产业化的重要力量。比如同样出席了沙龙活动的长春理工大学教授姚治海（求是光谱）、麻省理工学院博士后杨高洁（曜智光科）。

其中求是光谱成立于2017年，专注从事成像光谱芯片设计、光谱大数据建设、光谱相机研制及光谱技术应用。据公司官网，求是光谱目前已形成芯片、模组、光谱相机等系列产品，可应用于智能手机、智能家居、汽车电子、工业检测、智慧农业、医疗健康等诸多行业

值得一提的是，上述好望角科学沙龙系列活动，也成为了助力科学成果转化的重要一环。该活动由中科创星发起并与东壁科技数据、上海市研发公共服务平台管理中心共同主办，以跨界交流为特色，持续聚焦人工智能、光子科学、量子计算等前沿领域，探讨关于技术趋势、生态构建和产学研协同等话题。

本期超快光学专场就汇聚了相关领域的专家学者、科技企业创始人、知名投资机构负责人等40多人，除上述提及的专家学者外，还包括中国科学院物理研究所研究员、先进阿秒激光设施副总指挥魏红祥、中国科学院国际合作局原局长曹京华等。