EPIC Photonics：集成光子技术的创新和应用(激光雷达传感)

这场聚焦集成光子学技术的会议，设置了通信、AI、激光雷达、医疗传感器四大专题环节，邀请全球行业领袖、技术专家及创新企业代表，分享最新技术突破与跨领域应用成果。

一、通信领域：光子集成技术驱动数据中心与网络升级

EPIC Photonics：集成光子技术的创新和应用(通信领域)

二、AI领域：共封装光学与光子集成突破算力瓶颈

EPIC Photonics：集成光子技术的创新和应用 (AI光互连领域)

三、激光雷达领域：FMCW与光子集成推动高精度传感

激光雷达领域的报告聚焦FMCW（调频连续波）技术与光子集成（PIC）的结合，探索如何提升激光雷达的精度、可靠性与规模化能力。

① SCRAMLUX（Mirvais Yousefi）：《The Next Step in maturing FMCW LiDARs: A Novel End of Line Testing Solution》

核心主题：为FCW激光雷达提供全生命周期的标准化下线测试（EoL）解决方案，推动激光雷达量产与可靠性提升。 ◆ 核心挑战

激光雷达在生产、车辆安装及售后阶段需统一的测试标准，传统测试方法难以兼顾效率、兼容性及真实环境模拟。 ◆ 技术方案

- SXI测试仪器：一款紧凑（≤1㎡）、快速（周期时间15-45秒/激光雷达）的激光雷达agnostic（不依赖具体类型）测试设备，无传输光学元件，支持ToF（飞行时间）和FMCW（调频连续波）等多种激光雷达类型。

◆ 关键能力

- 直接测量核心性能参数（如距离精度±0.01米，波长覆盖850-1600nm）；

- 支持距离模拟（2-100米）和“4D测试”（含移动目标/障碍物模拟），贴近真实环境； - 覆盖全生命周期：生产阶段（Tier 1/2）、车辆安装（OEM）、售后定期检测（PTI）。 ◆ 应用价值

通过标准化测试指标和仪器，降低激光雷达量产成本，确保各阶段性能一致性，满足EURO NCAP等行业规范要求。 ② Fraunhofer HHI（Axel Schoenau）：《InP PIC-based LIDAR System》

核心主题：基于InP（磷化铟）光子集成芯片（PIC）的FMCW激光雷达系统，作为欧盟RETINA项目的关键技术，聚焦高精度、低成本传感。 ◆ 核心技术 - InP PIC设计：采用FMCW调制，集成倾斜光栅耦合器阵列实现光束转向，发射（Tx）和接收（Rx）芯片全片上集成，无需外部光学元件。

- 技术优势：全集成设计降低功耗；抗干扰能力强（不受其他激光雷达信号影响）；支持长短距双规格，适配不同场景。

◆ RETINA项目定位

项目旨在开发下一代光子传感系统，除激光雷达外，还包括量子点（QDs）和光学微滤波器的光谱成像技术，结合机器学习实现多模态传感，应用于三大领域：

- 医疗：手术支持系统（短距激光雷达+光谱成像）； - 汽车：复杂天气下的多模态传感（长距激光雷达+摄像头）； - 农业：葡萄种植关键参数监测（长短距激光雷达+光谱成像）。 ◆ 产业化能力

依托Fraunhofer HHI的InP代工厂（全球仅两家之一），提供从芯片设计、晶圆制造到原型封装的全流程服务，支持从研发到量产的技术转移（首代芯片预计2025年Q4完成测试）。

③ Ommatidia Lidar（Yu Tian）：《Lightfield LiDAR based on Integrated Optics》

核心主题：基于生物仿生设计（模仿昆虫复眼“ommatidia”）的多光束FMCW激光雷达，结合光子集成芯片实现高精度3D振动测量与计量。

◆ 核心技术 - 大规模并行FMCW技术：自研光子集成芯片（PIC），支持128-1024个并行通道，实现宽光束照明与单光子灵敏度结合，兼顾高分辨率与长距离。

◆ Q系列产品参数 - 测量范围1.0-50米，精度达20µm+6µm/m；

- 振动采样频率40kHz（阵列）-125MHz（单点），支持±15.5mm/s（阵列）-±47.9m/s（单点）速度测量；

- 集成RGB相机辅助定位，功耗45W，支持外部电池工作4小时。 ◆ 应用场景 - 结构健康监测：高铁桥梁、码头墙体的实时振动与位移监测（非接触式，替代传统加速度计）；

- 航空航天：飞机机翼、辅助动力装置（APU）的振动分析与故障检测（如松动管道识别）；

- 汽车与工业：高精度制造中的在线质量控制、逆向工程等。

◆ 技术亮点

无需复杂机械扫描，通过多通道并行采集实现快速成像，结合AI算法识别“振动指纹”（如列车类型、结构异常）。

④ Pointcloud（Remus Nicolaescu）：《Photonic Integrated Circuits for LiDAR: Enabling 4D Machine Vision with PICs》

核心主题：基于硅光子平台的相干4D成像激光雷达，采用FMCW焦平面阵列（FPA），实现距离、速度、3D结构的高精度同步测量。

◆ 核心技术 - 单片收发集成架构（Monostatic）

发射（Tx）与接收（Rx）集成在同一像素，形成焦平面阵列（如352x176像素），支持并行读取，无需机械扫描。

- FMCW原理应用

通过频率调制连续波测量目标频率差，结合FFT提取距离；利用多普勒频移计算径向速度，实现“4D感知”（3D空间+速度）。

◆ 产品进展 - 现有工程样品：像素数超60K，支持实时成像（>20fps），适配商用镜头，无串扰（高反射目标不影响邻近像素）。

- 技术优势：全硅基制造（兼容CMOS工艺），成本低、可量产；集成电子元件（跨阻放大器等），简化系统设计。 ◆ 未来规划

优化现有芯片以支持更长距离（200米+），开发更高分辨率（HVGA级）阵列，目标应用于自动驾驶、工业检测及消费电子领域，推动4D视觉普及。

【总结】 激光雷达领域的技术聚焦于FMCW调制与光子集成（PIC） 两大核心，通过芯片级集成提升精度、降低成本，并拓展多场景适用性： - 测试端（SCRAMBLUX）：标准化全生命周期测试，解决量产一致性问题； - 芯片与系统端（Fraunhofer HHI、Ommatidia、Pointcloud）：InP或硅基PIC实现高集成度，支持多通道并行、抗干扰、高精度测量，应用覆盖汽车、航空、结构监测等，推动激光雷达从高端向规模化应用演进。

四、医疗传感器领域：光子集成赋能高精度诊断与监测

医疗传感器领域的报告聚焦光子集成技术在成像、生物传感、生理监测中的应用，推动医疗设备的小型化、高灵敏度与规模化。

① Carl Zeiss（Stefan Richter）：《Optical Coherence Tomography with Photonic Integrated Circuits》

核心主题：基于光子集成芯片（PIC）的光学相干断层扫描（OCT）技术，推动眼科成像设备的小型化与普及。

◆ 技术背景

OCT是眼科诊断的关键技术（如视网膜检查、青光眼监测），但传统系统成本高（约4.2万美元）、体积大，难以覆盖新生儿、卧床患者等群体。

◆ PIC解决方案

- OCTChip系统：将光源、干涉仪、探测器等集成到PIC，通过4通道并行扫描实现100kHz扫频速率，图像质量与高端系统相当，体积缩小至芯片级。

- 手持OCT设备：升级为1060nm波长提升成像质量，分离电子元件（放大器、ADC）增强性能，3D打印微透镜优化光学接口，适配床边检测等移动场景。

◆ 应用场景

视网膜分层成像、新生儿视网膜病变筛查、ICU患者监测等，解决传统设备移动性差、成本高的痛点。

② Fraunhofer HHI（Martin Schell）：《SiN and Polymer PICs for Sensing》

核心主题：基于氮化硅（SiN）和聚合物的光子集成芯片，面向生物传感、量子成像等高精度医疗检测需求。

◆ 材料平台优势

- SiN PIC：低损耗（0.2dB/cm）、宽波长覆盖（可见至近红外），适用于高灵敏度传感；

- 聚合物PIC（PolyBoard）：低成本、易加工，兼容生物材料，支持780nm-1600nm波长。

◆ 核心应用

- 生物传感器：SiN微环谐振器（MRR）检测蛋白质、病毒等生物标志物，结合抗体/适配体实现高特异性；

- 量子成像：集成1550nm纠缠光子源，提升低光强下OCT和显微成像的信噪比；

- 磁强计：结合金刚石NV中心，实现3×3像素磁传感阵列，用于脑磁图等生物磁信号检测。

◆技术亮点

支持多参数同步检测，设备微型化（如量子模块体积仅7cm），兼容InP、GaAs等有源器件集成。

③ InSpek（Ivan-Lazar Bundalo）：《One Tiny Multisensor for Bioprocess Monitoring》

核心主题：基于PIC的“一体化”多参数传感器，实时监测生物制药、发酵等过程中的关键参数。

◆ 传统传感器痛点

生物过程依赖多种离线传感器（pH、溶氧等），操作复杂、响应滞后，导致30%的生产失败率。

◆ 技术方案

- PIC集成多传感器：整合拉曼光谱模块（检测化学成分）、温度、pH等传感器，通过“波导增强拉曼”技术提升灵敏度（较传统方法高10倍）；

- 系统组成：PIC传感器芯片+控制单元（激光器+光谱仪）+分析软件，支持即插即用，适配生物反应器。

◆ 应用案例

实时监测酵母发酵生产对香豆酸（p-CA），使产量提升2倍；计划2026年推出集成拉曼+pH+溶氧的全参数版本，2027年结合AI实现智能控制。

④ Amazec Photonics（Pim Kat）：《The Art of High Resolution FBG Sensing for the Detection of Cardiac Disturbances》

核心主题：基于集成光子学光纤布拉格光栅（FBG）的高分辨率温度传感，用于心脏功能监测与疾病诊断。

◆ 技术原理

通过0.1mK分辨率的温度传感，结合“热稀释法”：注射4-20℃冷盐水后，监测血液温度变化曲线，计算心脏输出量（CO）、射血分数（EF）等参数，辅助心力衰竭诊断。

◆ 应用进展

- 侵入式测量：在颈动脉、肾静脉检测到清晰的“首次通过”（心脏输出）和“再循环”（血容量）信号；

- 非侵入式探索：通过皮肤传感器初步估算CO和EF，需进一步算法优化以消除皮肤血管收缩干扰。

◆ 商业化

成立新公司Ardeonics，推动技术在医疗设备中的落地。

⑤ X-FAB（Joni Mellin）：《More than Photonics: Photonics technologies for biomedical sensor applications》

核心主题：硅光子平台支撑的生物医学传感器，推动即时检测（POCT）的规模化生产。

◆ 市场需求

人口老龄化、慢性病增加推动POCT需求，需小型化、低成本、高灵敏度的检测设备。

◆ 技术平台

- SiN光子平台：PECVD工艺制备150nm/400nm SiN波导，支持可见光至近红外波长，损耗低（<1dB/cm），适配生物传感；

- 异质集成技术：结合微转移印刷、3D封装（TSV）、微流控技术，实现光子芯片与电子元件、流体通道的集成。

◆ 产品优势

支持多标志物同步检测（如蛋白质、病毒），成本低（一次性传感器<10美元），兼容ISO 13485医疗认证产线，适配家用、临床等场景。

⑥New Origin（Twan Korthorst）：《Industrialization of Silicon Nitride PIC Manufacturing》

核心主题：氮化硅（SiN）PIC制造的工业化，推动医疗传感器的低成本、规模化应用。

◆ 产业化挑战

传统SiN PIC依赖共享研发设施，难以满足医疗领域对量产、质量一致性的需求。

◆ 解决方案

- 200mm晶圆产线：年产能2.5万片，采用半自动化流程，支持晶圆级微流控、生物功能化涂层等定制工艺；

- 标准化平台（SiN+）：提供成熟PDK，简化客户设计，实现从研发到量产的无缝过渡。

◆ 医疗应用案例

- POCT生物传感器：3×3.5mm SiN芯片，螺旋波导设计提升灵敏度，可检测亚皮克级蛋白质，支持5种标志物同步检测，结果耗时10-15分钟，成本降低约5倍。

【总结】

医疗传感器领域的集成光子学技术聚焦高灵敏度、小型化、多参数集成，通过PIC技术突破传统设备的成本与体积限制：

- 成像领域（Carl Zeiss）：OCT设备从桌面级向手持化演进，扩大医疗可及性；

- 生物传感（Fraunhofer HHI、X-FAB、New Origin）：SiN和聚合物PIC支持高特异性检测，推动POCT普及；

- 过程监测（InSpek）：一体化传感器解决生物制药的实时监测痛点；

- 生理监测（Amazec）：高分辨率温度传感为心脏疾病诊断提供新工具。

制造工业化（如New Origin的SiN产线）是技术落地的关键，为医疗传感器的规模化应用奠定基础。