近百年來，隨著數次工業革命的技術革新，生產力爆炸式增長，經濟水平跨越式提升，一切似乎都欣欣向榮、蓬勃發展。然而，新冠疫情的席卷、溫室效應的持續、全球能源的緊缺等生存問題，無時無刻不在警示著我們，人類社會迎來飛速發展的同時，也給我們賴以生存的地球，帶來了前所未有的破壞。

那么，如何才能在不破壞地球的前提下，促進人類社會的可持續發展？

一直以來，光子學，憑借著以學術科研主導行業未來的技術發展獨特性，承擔著塑造可持續發展不可或缺的核心責任。現如今，地球觀測衛星已經可以通過跟蹤氣候變化使得可持續農業變為可能，節能照明和光纖通信已經減少了我們的總能源消耗，高效經濟的太陽能電池板已經實現了綠色能源的制造與儲備，以及還有更多數不清的光子學技術案例，都在源源不斷地從資源節約角度提供著行業解決方案。2024年1月27日至2月1日，由國際光學工程協會（SPIE）在美國舊金山主辦的Photonics West西部光電展，正是聚集了全球光子學行業力量的年度盛會。讓我們聚焦學術科研，看一看都有哪些最新的光子學技術創新。

圖1 西部光電展現場

2024年1月29日，法國里昂納米研究所的Huiru Ren，在《二氧化鈦納米壓印在可持續光子傳感器中的應用》的報告中，介紹了一種利用無毒、穩定、廉價且原料豐富的二氧化鈦材料，結合低污染、高性價比的納米壓印光刻工藝制造的光子晶體生物傳感器。這種二氧化鈦光子晶體生物傳感器在提高了診斷可靠性的同時，旨在減少體外診斷醫用耗材（比如新冠試紙、驗孕試紙、血糖試紙等）在廢棄物處置過程中對環境造成的負面影響。

圖2 納米壓印二氧化鈦光子晶體示例 [1] Huiru Ren, et al, TiO2 nanoimprint for photonic sensor application (2023)

現有照明技術中，基于環保材料InGaN制備的藍色LED已經得到普遍應用，但是相應地對于依賴更高銦濃度的紅色LED，由于InN和GaN之間的晶格失配，高濃度銦的存在會導致應力缺陷，進而嚴重降低器件的量子效率。目前紅色LED普遍采用的是含有劇毒磷的AlInGaP，同時當其尺寸降低至20 μm以下時，其效率也會急劇下降。2024年1月30日，威斯康星大學麥迪遜分校的Shubhra Pasayat發表了題為《利用多孔III族氮化物的長波長發射器》的報告，提出了一種基于多孔氮化鎵的InGaN紅色發射器。由于多孔氮化鎵不會產生應力缺陷，因而可以成功實現基于環保材料InGaN制備的紅色LED，同時也解決了20 μm以下AlInGaP紅色LED效率不足的問題。

圖3 多孔氮化鎵示例[2] Pasayat, Shubhra Shweta, Design and application of compliant III-nitride substrates using Porous GaN (2021)

海上風力發電的遠距離傳輸依賴于海底電纜，其中，溫度的持續監測對于確保海底電纜的完整性以及接收故障的早期預警起著至關重要的作用。2024年1月30日，法國FEMTO-ST研究所的Maxime Romanet發表了題為《基于單光子探測器的140 km布里淵光時域反射計》的報告，介紹了現有海底電纜監測應用中，技術領先的一種光纖分布式溫度傳感方法。這種方法可以在無需任何光信號中繼器、拉曼放大系統、編碼解決方案的輔助下，突破性地實現了長達140 km的遠距離溫度信號測量，從而更好地為海上風力發電的遠距離傳輸保駕護航。

圖4 分布式布里淵響應測量示意圖[3] Maxime Romanet, et al, Single-photon detector-based long-distance Brillouin optical time domain reflectometry, EPJ Web of Conferences, 09013 (2023) EOSAM 2023 28

2024年1月31日，內布拉斯加大學林肯分校的Graham Kaufman發表了題為 《用于增強二氧化碳電催化還原的超短脈沖激光處理銅表面的功能研究》的報告，介紹了一種應用超短脈沖激光在銅基板表面進行微米級或納米級表面改性的技術。該技術可以通過表面改性調整銅的催化活性和選擇性，增強從二氧化碳轉化為可用作燃料的化合物（比如甲烷和乙醇）的電催化還原反應，因而有望在未來規?；?/span>地助力碳中和進程。

圖5 銅表面改性及激光系統示例[4] Mark Anderson, Graham Kaufman, Formation mechanism of micro/nanoscale structures on picosecond laser pulse processed copper, Materials Today Advances 19 (2023) 100412

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