3月27日，國家自然科學基金委員會黨組書記、主任竇賢康在2025中關村論壇年會開幕式上發布了2024年度“中國科學十大進展”。北京大學馬仁敏教授團隊主導開發的“實現原子級特征尺度與可重構光頻相控陣的納米激光器”位列其中，這一成果標志著我國在納米光子學領域取得重大突破，為下一代光通信、集成光子學和量子技術發展提供了顛覆性解決方案。
據了解，本次活動由近140位相關學科領域專家學者從700多項基礎研究成果中遴選出31項成果，邀請包括440余位兩院院士在內的2700余位專家學者對這31項成果進行實名投票，評選出10項重大科學研究成果，經國家自然科學基金委員會咨詢委員會審議，最終確定入選名單。
北京大學馬仁敏教授
技術突破：從衍射極限到原子級操控
傳統激光器受限于光學衍射極限，難以將光場壓縮至納米尺度。北京大學馬仁敏教授團隊提出奇點色散方程，通過全介電蝴蝶結納米天線與轉角納腔結構設計，首次在介電體系中實現突破光學衍射極限的納米激光器，其模式體積理論上可無限趨近于零，遠低于傳統激光器體積。該設計不僅避免了等離激元納米激光器因金屬材料導致的歐姆損耗問題，還將光腔品質因子提升至超百萬級，顯著增強了能量存儲能力和激射效率。
更令人矚目的是，團隊開發了可重構光頻相控陣技術，通過精準調控納米激光器陣列中各單元的激射波長與相位，實現了動態可編程的光場分布。實驗展示的“P”、“K”、“U”及“中國”等圖案化激射，驗證了其在光通信編碼、高精度成像等領域的應用潛力。
行業影響：撬動萬億級光子產業升級
納米激光器的小型化與低能耗特性，為大規模光電集成芯片提供了核心光源。據行業預測，該技術有望推動芯片算力提升百倍，同時降低90%以上的光互連能耗，加速人工智能、數據中心等領域的硬件迭代。
可重構光頻相控陣技術可動態調整光束方向與波長，為6G通信、衛星互聯網提供超高速率、超低延遲的光傳輸方案。專家指出，該技術或使未來手機直接衛星通信成為可能。
原子級精度的激光場調控能力，將推動DNA測序、單分子檢測等生物醫學技術的突破。在工業領域，納米激光器可用于半導體刻蝕、超材料制備等尖端工藝，精度較現有技術提升兩個數量級。
未來展望：從實驗室到產業化
去年7月，馬仁敏課題組的前沿創新成果《具有原子尺度局域化光場的奇點介電納米激光》在Nature上發表，實現了我國在介電體系納米激光器的原創性突破，一舉打破了國外在等離激元技術路徑上的專利壁壘。國際權威期刊Nature評價稱：“中國團隊開辟了納米光子學的新范式，或將主導未來十年的產業標準制定。”
據透露，項目團隊正與華為、中芯國際等企業合作推進納米激光器晶圓級制造工藝，計劃2026年建成首條中試生產線。國家自然科學基金委員會表示，將設立專項基金支持光頻相控陣技術在量子計算、太空探測等國家重大工程中的應用驗證。
納米激光器的突破，不僅是基礎科學的里程碑，更是一場關乎國運的技術競速。隨著我國在光子芯片、6G通信等領域的全面布局，這項“小”到極致的激光技術，正悄然掀起一場“大”至無限的產業革命。
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