人物专访丨北京大学长三角光电科技研究院 张方醒副研究员

人物专访 北京大学长三角光电科技研究院 张方醒副研究员

光学微腔是一种能够把光场限制在微米量级区域中的光学谐振腔，在信号发射、处理和传感等领域具有广阔前景。本期卓立汉光《视点前沿》栏目组邀请到来自北京大学长三角光电科技研究院 张方醒副研究员，做客直播间，为大家分享光学微腔在片上集成产业化生产的技术前景。

北京大学长三角光电科技研究院 张方醒老师（左）  北京卓立汉光北京卓立汉光仪器有限公司销售经理姚长野（右）

专业面向微腔应用与成果产业化的研究团队

张方醒老师来自北京大学长三角光电科技研究院肖云峰教授课题组，课题组是面向微腔应用开发的研究团队，主要应用方向为高品质微腔，高品质因子的WGM微腔的开发及应用，致力于将北京大学物理学院的前沿科研成果转化为实用型应用产品。课题组应用分两块：光源方向和传感器方向。

目前，课题组在微腔光源上面的研究具有显著成果，将光纤微腔整合成一个超稳的腔，利用热补偿结构提高器件稳定性，克服自身频率漂移问题，基于这种器件，相关研究包括窄线宽激光研究，如多频率成分的飞秒光梳研究。此外，课题组在超声探测方向也有重要收获，利用光学微腔来进行超灵敏、宽带的超声研究。

光学微腔在片上集成的应用思路

光学微腔如果在片上集成既有优势又有难点。从优势来看包含两点，一方面片上集成意味着微腔可进行批量化的生产，尺寸在微米量级，八英寸硅片上可以做出来几十万个微腔，这在很大程度上降低成本至几块钱。另一方面微腔作为一种器件，以往作为分离器件的形式来使用，如果可以做片上集成，意味着可以将探测器，激光器，光源，调制器等这些独立的器件组合成真正的系统来用到实际，以上是他的两个优势。难点也包含两点：首先是片上集成很难实现高品质因子，例如WGM微腔、基于波导微环微腔等，低品质因子不具备市场竞争力，基于DBR的FP腔，它的品质因子可以到七次方，且具备更低的制作成本。另外一方面，即使通过激光加工、抛光等技术手段将片上集成的微腔品质因子做高， 但它并不是CMOS兼容，无法再添加其他器件，丧失掉集成的优势。

片上集成光学微腔是未来的发展方向和大趋势，但仍有很多技术难点需要解决。目前分离微腔具备一些实用场景，比如具备超高品质的因子的微腔在高精密、高灵敏度要求的应用。简而言之，其实要两条腿走路，就是不光要关注集成器件，也要关注一些分离器件，各有优势。

光学微腔在科研和工业的领域都有哪些应用？

光学微腔是微型的谐振腔，谐振腔的本质是一个光学的部件或者元件。例如激光器是现在现代光学的重要基石，激光器主要包含三部分：谐振腔、外部激励、增益介质。激光器的基础构架就是一个腔，目前光学器件的趋势就是要把光学器件小型化、集成化，在这个大趋势下就有了把谐振腔变成微腔。在这个基础上不难发现，微腔在工业和科研上的应用仍基于微腔本质：具有优秀品质、高品质因子的腔。目前腔增强也可以用在传感上，如陀螺仪、粒子的传感、声学传感等。原来的传感如光学传感，是基于光纤的线性传感，它的传感就是单次的光与物质的相互作用，如果给它加一个腔就能把作用增强，从而大大增加传感效果。

总结来说，目前光学微腔的研究主要集中在光源和传感器这两方面应用：一方面要增强腔内能量，应用到激光增益中；第二方面是增强与物质相互作用，增强传感效果。

光学微腔仍需解决什么问题？发展方向是什么？

光学微腔面临的主要问题是：如何让光学微腔真正走出实验室？其实光学微腔在上个世纪中叶就有相关的理论提出，从上个世纪90年代开始大规模实验研究，到现在光学微腔已经发展30多年，现在所面临的主要问题是一定要让光学微腔真正走出实验室、走向应用。现在的光学微腔，要借助很精密的仪器，如显微镜，精密耦合机械结构等才能实现微腔功能。但是在实际应用中是无法满足实验室的条件，包括隔温隔震等环境需求。这意味着光学微腔需要有优良的封装技术。张老师课题组目前重点从事的就是将光学微腔做稳固性封装，使它具有更优的抵御外界环境扰动能力，从而把光学微腔从实验室设备真正的走向应用。光学微腔的器件化、模块化、产品化才是真正发展的趋势。

谈国产仪器与期待

张方醒老师对国产仪器具有非常大的期待，他经常用到光谱仪、探测器、示波器、网络分析仪、ESA电学频谱分析仪等光电仪器，在仪器使用方面具备很多经验。像张老师这样的青年教师现在对国产仪器的信心也越来越足，目前很多国内优秀的厂商也在不断推陈出新，都非常感兴趣使用。张老师对电学，运动控制这一块的仪器更具期待，比如说频谱分析仪，网络分析仪等，目前国内的很多科研工作者需要用很高的溢价买国外设备的。张老师相信以中国的科研实力，肯定能突破现状，提供更好地产品服务科研。此外，张老师对纯光学设备也有信心，相信假以时日必将比肩国际水平。但是，我们也要意识到国产仪器的不足，一定要注重用户体验，不仅是硬件指标比肩国际，用户交互等方面也期望能有提升优化，相信经过足够的用户使用反馈，国产仪器必将越做越好，突破卡脖子技术难题。

结束语

轻松愉快地访谈结束，张方醒老师在访谈中一直深入浅出的分享光学微腔在产业化面临的现状，让更多人简易理解科研人的研究思路。期待在不久的将来，张老师能够实现自己的科研梦，让光学微腔真正的实现器件化、模块化、产品化。 

个人简介：张方醒，北京大学长三角光电科技研究院微纳光学精准检测研究室副研究员，主要从事光学微腔物理以及新型光电器件领域的研究，研究成果在Physical Review Letters、Optica、Nanophotonics等国际知名期刊上发表。近年来主持/参与科技部重点研发项目、自然科学基金重大项目、江苏省创新能力计划-新型研发机构建设等多个项目。