高性能微小型光電器件研究持續(xù)推進

以美國為代表的世界軍事強國正致力于應用微系統(tǒng)技術與人工智能技術，推進新型光電器件發(fā)展，以打破傳統(tǒng)設計模式與制造工藝對光電器件性能的限制，為進一步提升精確制導武器在導航、探測、通信等方面的能力奠定重要基礎。

（一）DARPA研究高性能小型紅外焦平面陣列制造方法

美國國防高級研究計劃局（DARPA）發(fā)起“弧形紅外成像儀焦陣列”（FOCII）項目，以開發(fā)使紅外焦平面陣列在保持高性能的同時，實現(xiàn)尺寸最小化的技術。該項目將重點圍繞兩種制造方法展開研究：一是將目前最先進的大格式、高性能紅外焦平面彎曲到半徑70毫米的小曲率，同時保持基底設計的完整性；二是將較小格式的焦平面陣列彎曲到半徑12.5毫米的極小曲率，并對基底設計進行修改。該項目將有助于推動采用紅外焦平面陣列成像的高性能裝備的小型化。

（二）美空軍研發(fā)芯片級光學相控陣與激光雷達系統(tǒng)
美空軍授予JASR系統(tǒng)公司合同，用于研發(fā)芯片級光學相控陣與激光雷達系統(tǒng)。該項研究工作將采用DARPA“模塊化光學孔徑構建塊”（MOABB）項目的研究成果，開發(fā)芯片級、質量小且價格適宜的光學探測和測距傳感器，以用于軍事三維成像、穿透式光電探測器、導航以及遠程通信等領域。

（三）DARPA利用人工智能技術研發(fā)高精度射頻器件
美國國防高級研究計劃局（DARPA）授予Perspect公司“光子邊緣智能微型硬件”（PEAC）項目研發(fā)合同，旨在研究能與微型光學硬件融合的人工智能處理架構，在實現(xiàn)頻射信號高精度、高時效性的同時，降低射頻器件的功耗、復雜性與延遲性。

（四）DARPA發(fā)展單片光子集成電路技術提高光子微系統(tǒng)性能

DARPA啟動“通用微光學系統(tǒng)激光器”（LUMOS）項目，以利用新材料和異構集成技術，開發(fā)將激光器、放大器、調制器等多種光子器件集成到單片上的方法，以克服光子微系統(tǒng)發(fā)展障礙，開發(fā)高性能光子集成電路，為通信、測量、導航等領域應用提供支持。

精確制導前沿技術取得諸多新突破

隨著世界各國對前沿技術探索的持續(xù)深入，石墨烯、太赫茲、量子等前沿技術領域取得諸多引人矚目的新突破，這些前沿技術在研發(fā)新型含能材料、半導體材料、光電探測器與傳感器等方面的應用潛力進一步顯現(xiàn)，或將為精確制導技術創(chuàng)新發(fā)展提供新途徑。

（一）美陸軍研究新型復合材料提升武器射程和殺傷力

美國陸軍研究發(fā)現(xiàn)，通過點燃涂有氧化石墨烯的微米級鋁粉末，可提升武器系統(tǒng)中含有鋁元素的含能材料所釋放出的能量，證明了微米級鋁粉/氧化石墨烯復合材料作為推進劑或炸藥成分的潛在應用價值。該項研究成果將有助于提升美陸軍武器系統(tǒng)中作為推進劑或炸藥成分的金屬粉末所釋放的能量效能，為美陸軍“遠程精確火力”（LRPF）等項目發(fā)展提供技術基礎。

（二）美特拉華大學探索石墨烯在光電探測器中的應用

美國特拉華大學的研究人員設計了一種由硅和石墨烯制成的光電裝置，該裝置可在不到1皮秒的時間內以亞太赫茲的帶寬傳輸射頻波。該研究成果有望顯著提高光電探測器件的響應和運行速度，同時降低光電探測器的制造成本。

（三）丹麥研究人員推動石墨烯在電子領域取得突破性進展
丹麥技術大學和奧爾堡大學的研究人員致力于研究通過在極小的尺度上改變石墨烯的形狀來調整石墨烯的電學性質。研究人員通過將石墨烯封裝在六方氮化硼中，使用電子束光刻技術在氮化硼和石墨烯的保護層下刻蝕出一排致密的超小孔，對石墨烯能帶結構進行控制，從而實現(xiàn)對石墨烯電子特性的控制，為制造極小尺寸的光電子傳感器件奠定基礎。

（四）瑞典研究人員發(fā)現(xiàn)將石墨烯與傳統(tǒng)電子電路集成的新方法

瑞典皇家理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)將石墨烯直接與電路的金屬部分集成可防止接觸電阻受濕度的影響，避免因石墨烯與傳感器周邊環(huán)境空氣中的水分子接觸而引發(fā)電阻變化，導致傳感器產生錯誤信號。利用該項技術將石墨烯與傳統(tǒng)電子電路集成，可同時利用石墨烯的優(yōu)良特性和傳統(tǒng)集成電路的低成本特點，開發(fā)出具有高性能、低成本特點的新型傳感器。

（五）俄羅斯研究人員探索利用商業(yè)級石墨烯制造高性能太赫茲器件

俄羅斯莫斯科物理科學與技術研究所和Valiev物理科學與技術研究所的研究人員研究證明了商業(yè)級石墨烯中太赫茲輻射的共振吸收，解決了使用化學氣相沉積法制造的商業(yè)級石墨烯性能較差、缺陷較多的問題，為利用商業(yè)級石墨烯研制高性能太赫茲探測器奠定了重要技術基礎。

（六）美研究人員開發(fā)緊湊型太赫茲激光器

美國哈佛大學、麻省理工學院和美陸軍的研究人員研發(fā)出一種頻率廣泛可調的緊湊型太赫茲激光器。該激光器可產生比微波更清晰、分辨率更高的圖像，同時突破了太赫茲發(fā)射源體積龐大、效率低下、調諧有限、必須在低溫下工作的限制，在高帶寬通信、超高分辨率成像以及精確遠程傳感等領域應用潛力巨大。

（七）美軍研究制造量子發(fā)射器的新方法

美海軍研究實驗室聯(lián)合空軍研究實驗室開發(fā)出將量子光源直接寫入單層半導體的方法。研究人員使用原子力顯微鏡在聚合物薄膜襯底上的單層二硒化鎢上制造納米級凹痕，以產生限域應變場，從而在二硒化鎢中形成單光子發(fā)射態(tài)。利用該方法制造的量子發(fā)射器發(fā)射的光明亮、單光子產生速率高、光譜穩(wěn)定，可滿足量子計算、量子安全通信、量子傳感器等領域應用要求。（北京航天情報與信息研究所 張夢湉）

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