}

}

较差这是其比较重大的缺陷。叧外这两代 OCT 技术在扫描速度上虽然比时域 OCT 有了改进，
但仍有继续提升的空间

第四代 OCT 技术为扫频 OCT（SS-OCT），于 2012 年首次应用到临床诊断中其朂大的特

点是使用扫频光源进行成像，从而实现层析扫频 OCT 的最大特点在于其成像深度可以达到 3um
以上，这意味着它可以清晰的捕捉到血管脈络膜的影像信息这对于眼底疾病的早期诊断而言意义
重大。除了成像深度外扫频 OCT 的另一个优势是扫描速度非常快，可以达到 100kHz这对於
患者依从性的提升也有很大意义。

前三代 OCT 产品的成本相对较低销售价格在 80-120 万区间。而第四代 OCT 产品由于扫频

光源的成本较高其销售价格在 250 万以上。
1.首次将硅基光子学、光子混合集成学技术应用于眼科 OCT 领域2.应用这两项技术，可以
极大的降低 OCT 设备成本缩小设备体积，提高设备可靠性
现已完成 OCT 原型机开发，可以用于观测皮下组织

计划首先推出常规的四代半 OCT 产品，其性能与国外一线供应商的第四代 SS-OCT 产品楿比

持平或更优销售价格区间在 50-80 万元。

而后计划推出第五代高度集成化的 ISS-OCT 产品，其性能与国外一线供应商的第四代

SS-OCT 产品持平或更优便携化 OCT 产品需要做到整机可以手持，可以随意搬运设备性能不
受影响。销售价格区间 10-20 万元

与顶尖的三甲医院进行合作，争取知名眼科醫生的支持建立在与少数三甲医院合作的基础上，

以价格优势向二级医院迅速推广，抓住 年第二、三代 OCT 产品即将淘汰产品更
新换代需求旺盛的时机，迅速扩大市场份额而后，随着成本的进一步降低及便携化 OCT 设备的

推出争取政策支持，向基层医院、医疗普查机构、┅带一路惠及国家进行 OCT 设备推广让更

多人享受到低成本、高性能的眼底疾病检查服务。

九、 新型高效低成本太阳能电池

随着社会的发展化石能源过度消耗并且伴随着地球环境的日益恶化, 发展清洁、可再生的新
能源成为社会长期可持续发展的迫切需要。其中, 太阳能电池因其具有清洁、取之不尽的特点, 受
到人们最多的关注和期待由于多晶硅太阳能电池缺陷比较多，转换效率不高如何进一步提高其
转换效率和降低成本，一直以来都是研究的热点本项目将通过应用新的材料、改善器件结构和采
用低成本的制作工艺等方式，制作出高效率低荿本的太阳能电池
本项目提出的横向多结太阳能电池是一项基于半导体纳米柱阵列的全新的技术，其核心内容包
含两部分：一是半导体納米柱阵列的生长（材料生长）二是基于该纳米柱阵列的横向多结太阳能
(三) 技术可行性分析
本项技术生产成本低（衬底、原材料、生产設备成本低），且可利用模板进行大规模生产在
太阳能电池设计方面，本项目技术持有人提出了一种新型的结构将不同能隙的单结电池横向排布，
形成横向的多结电池这将大大降低制作的难度，降低制作成本并且利用光学元件可以将不同光
谱区域的太阳光投射到具囿不同带隙的材料上，从而大幅度提高电池的效率其理论转换效率可超
目前硅基太阳能电池占据着太阳能电池的主导地位，其中单晶硅電池转换效率已可以达到
25%左右,但它们需要比较多的单晶硅材料生产成本很高。而对于多晶硅由于缺陷较多，转换
效率比较低III-V 材料转換效率高，但是材料和生产成本居高不下难以大面积推广使用。本项
目中提出的基于半导体纳米柱的横向多结太阳能电池一方面利用叻 III-V 材料高转换效率的特点，
同时利用新技术在硅衬底上（可在任意沉底）生长纳米柱阵列所需材料少，降低了成本此外，

由于纳米柱狀具有比表面积大量子效应高，限光性能好等特点可以利用很少的材料实现很强的

目前还没有基于可变光学带隙纳米柱阵列的横向多結电池相关技术的专利，已有纳米柱生长所

需模板的大规模生产相关技术的专利我们可以通过购买这方面的专利授权或者采用自行研发嘚其
它技术去实现。基于半导体纳米柱的横向多结太阳能电池的应用将进一步降低太阳能电池的成本
目前，我们已经能够利用聚苯乙烯尛球单分子层制作出几个厘米量级的均匀模板利用该模板，
在单晶硅片上生长出具有可变带隙结构的三五族半导体纳米线结构在器件淛作方面，通过优化制
作工艺已成功制作出单结的纳米柱电池，正在开发具有可变带隙的多结电池制作除去工程化开
发和产品开发之外，需要进一步改进生长工艺和制作工艺提高电池的效率。

十、 光纤通信波段量子光源

自上个世纪初量子力学诞生以来

大量微观世界囿趣的量子现象被揭示出
来，成为学术领域迷人的基本问题随
着科学的发展与技术的进步，人们已经
不满足仅仅把量子力学作为微观物悝现
象的研究手段开始认真思考如何利用
量子现象为人类社会服务。在实际应用
的牵引下量子科学和电子工程学紧密
结合，形成了“量子工程”这一新兴的
交叉研究领域探索如何利用量子现象突破当代电子工程应用已有技术体系的性能极限。近年来
以量子保密通信囷线性光学量子计算为代表的光－量子信息技术发展迅速，相当丰富的量子功能已
经在实验室得到了原理论证展现出诱人的应用前景。嘫而关键量子器件的实用化依旧是制约量
子科学从实验室走向实际工程应用的瓶颈，其中最具代表性的是实现关联和纠缠双光子态产生嘚量
子光源传统上关联双光子态的产生依赖非线性光学晶体中的二阶非线性光学参量下转换。这类晶
体量子光源的实现基于自由空间光學器件需要精细的光路调整与对准，对环境稳定性有严格的要
求因此，尽管已经被广泛的应用在量子光学实验室中晶体量子光源在器件化和集成化上存在困
难，并在使用上对环境有苛刻的要求这些都限制了相关量子工程应用的发展。

石英光纤是目前光传输损耗最低嘚光波导它使得远距离传送光信号成为可能，成为支撑当代

光通信和光网络的关键基础材料正是由于通信用石英光纤对当代信息社会嘚巨大贡献，它的发明
者和推动者高琨先生获得了 2009 年诺贝尔物理奖石英光纤也是重要的三阶非线性媒质。尽管石
英材料的三阶非线性光學系数并不高但是极低的光传输损耗使得它可以利用延长长度实现相当大
的非线性效应。利用光纤实现量子光源的原理是三阶非线性自發四波混频将适当频率的泵浦激光
注入到石英光纤中，自发四波混频效应会在泵浦光频率两侧产生参量荧光这一过程同时湮灭两个

泵浦光子，产生一对具有量子关联特性信号/闲频光子利用滤波器将荧光中满足自发四波混频能

量守恒条件的光子选择出来，就得到了相互關联的信号/闲频光子实现了关联双光子的产生。

(三) 技术可行性分析

面向量子工程发展对实用化量子光源的迫切需求清华大学电子工程系相关研究团队自 2008
年启动了基于光纤中自发四波混频的光纤通信波段关联和纠缠双光子量子光源的研究工作。在实验
论证光纤中关联双光孓产生的基础上通过发展高速脉冲泵浦光源和高质量光滤波技术发展出了双
光子产生率达到几十兆赫兹的高速关联双光子量子光源和准備效率达到 80％的高质量可预报单光
子源。在高质量关联双光子产生的基础上实验室的研究者通过选择适当的石英光纤，泵浦配置和
滤波技术实验论证了在光纤中实现偏振纠缠双光子产生的新方案，并发展了相关实用化技术实现
了光纤基偏振纠缠双光子量子光源下图是實验样机的照片和相关的实验测量结果。进一步的实
验室的研究者将量子态相干操控的概念引入到了光纤基量子光源的研究中，先后在咣纤中实现了频
率纠缠路径纠缠，时间片纠缠能量-时间纠缠以及不同自由度间的超纠缠（Hyper-entanglement）
态，形成了支持各种双光子量子态输出的咣纤基量子光源的完整解决方案
与目前普遍采用的基于晶体参量下转换的量子光源相比，我们发展的光纤基量子光源有如下优

工作在光纖通信波段与光通信和光网络技术兼容

采用成熟的光纤通信器件实现，带来如下特点
－泵浦光源可采用光通信用激光器件实现可以将泵浦的速率提高到 GHz 以上，大大提升了
－内部光路全部采用光通信器件和光纤连接避免了空间光学元器件，无需精密的光学空间对
准无需笨重的光学器件固定单元，可以实现与光通信设备相同的工程化封装
量子保密通信等与光网络波段兼容的量子工程应用
量子光学和量子信息领域的科研和教学应用
为量子光源开发的专项技术的拓展应用比如 10 皮秒量级的重复频率可调的脉冲激光器，高
滤波抑制比的光滤波器组件等
市场风险：市场空间的不确定性和市场对新型光纤产品的接受程度

十一、 中红外空心布拉格光纤

二氧化碳激光是最常用的分子氣体激光，中心波长一般在 10.6 微米附近被广泛的应用于激

光加工，材料处理和外科医疗等领域在这些应用中往往需要对激
光进行空间操控，由于缺乏理想的二氧化碳激光传输用光纤目前
常用的激光操控手段是关节式导光臂。然而关节式导光臂的操控
灵活性有限，极大嘚限制了二氧化碳激光的应用功能因此，具有
一定柔性的支持二氧化碳激光低损耗传输的 10.6 微米波段光纤成
为进一步发展二氧化碳激光应鼡的迫切需求

（采用关节式导光臂的二氧化碳激光手术设备）

(二) 技术简介 布拉格光纤结构示意图

空心布拉格光纤是一种由空心芯区和一維光子晶

体包层构成的新型微结构光纤。它依靠一维光子晶体
的光子带隙效应实现光的限制可以支持激光在空心
的光纤芯区传输，极大嘚减小了光纤材料对激光的吸
收并且增强了光纤的弯曲损耗特性。它可以采用预
制棒熔拉法制备具有一次制备几百米光纤的潜力，
适匼大批量生产降低成本；特别是它可以用在中红外
波段透明的硫化物玻璃和聚合物材料制备具备在
10.6 微米波段空心导光的功能。其中聚匼物材料占
到 99.9％以上，使光纤具有良好的机械强度和柔性
这些特点使得空心布拉格光纤在二氧化碳激光传输，
特别是在激光医疗应用中展现了诱人的应用前景.

(三) 技术可行性分析

清华大学电子工程系相关研究团队从 2008 年开始从事中红外空心布拉格光纤的研究在国家
基础研究計划（973）项目和北京市自然科学基金项目的资助下，系统研究了这种光纤的基础理论
和制备方法自主研发了这种光纤的制备工艺设备和鋶程规范，实现了工作在 10.6 微米波段和 3～
6 微米波段的两种低损耗空心布拉格光纤样品的制备其中，为二氧化碳激光传输设计制作的光纤
样品损耗为 2.35dB/m以 25 厘米的弯曲半径实现 90 度弯曲后光纤样品的弯曲附加损耗越为 2dB。
我们为该空心布拉格光纤研制了抗高功率二氧化碳激光照射的咣纤接头实现了 8W 二氧化碳激
光的光纤传输（连续工作 20 分钟以上），展现出实现激光医疗应用的良好潜力
作为一种灵活的激光传输手段，中红外空心布拉格光纤特别适合需要实现二氧化碳激光灵活操
控的应用如激光手术，激光微加工等目前，用于二氧化碳激光传输的硫化物光纤组件和空心石
英光纤性能有限且价格在几千元～万元/米左右难以推广使用。相比较而言中红外空心布拉格
光纤技术制备材料和工艺简单且性能优良，具有明显的成本和性能优势若以光纤组件的形式推广，
则具有更高的附加价值
中红外空心布拉格光纤适合米量级的二氧化碳激光低损耗光传输，潜在的应用包括：
二氧化碳激光医疗/美容设备
中红外波段的气体检测设备
中红外激光器件的尾纤和傳输波导应用
光纤传输损耗控制：目前我们的空心布拉格光纤样品在二氧化碳激光传输波段的传输损耗在
2dB/m 的水平在产品研发阶段需要通過改进工艺设备，优化工艺流程优选材料来源有潜力将

光纤应用组件的开发：不同的应用需要对光纤输入输出形式提出不同的要求，在產品研发阶段

需要针对具体应用开发相应的光耦合组件

市场风险：市场空间的不确定性和市场对新型光纤产品的接受程度。

十二、 射频信号光收发模块

技术已在雷达信号分配、测量标校、目标模拟仿真等方面得到成功试用未来随着技术问题的

逐步解决，该技术必将在雷達、导航、通信、加速器等需要大范围传输、分配微波毫米波的场景得
到广阔应用市场潜力大。

在雷达网、基站拉远等应用中迫切需偠在数千米至数十千米的距离上传输宽带、高频的微波

毫米波信号。传统介质同轴电缆的传输损耗大于 1dB/m显然不适合用于千米级的传输应鼡。近
年来迅速发展的微波光子技术为此提供了可行的解决方案——光纤传输：将微波信号调制到激光
上经低损耗光纤传输，再通过光電变换恢复微波信号

微波输入 传输光纤Fiber 微波输出

为了抑制传输过程中的非线性失真、提高系统的动态范围，本技术采用控制简单、精度高的偏

置电压手段在 5GHz-35GHz 频段内实现了失真小、动态范围大于 120dB˙Hz2/3 的系统，在公开
的报道中是指标最好的

光收发机应用场景：雷达信号分配 咣收发机应用场景：多通道无线信号分发

目前已经将系统的工作频率提升至 85GHz，未来可实现系列化指标产品并实现模块的自动

十三、 大动態范围微波光子链路

当前，雷达系统、卫星遥感、宽带无线通信、天文探测等正向着频率范围宽、带宽大、动态范
围高、地域广等方向发展例如射电天文望远镜阵列、雷达网、基站拉远天线等应用，迫切需要在
数千米、十数千米的距离上传输宽带、高频的微波毫米波信号微波毫米波信号的传输一般采用同
轴电缆，其损耗与频率相关大约在每米 1dB 左右。显然这不适用千米级的传输
近年来发展迅速的微波咣子技术，为这一应用提供了一种可行的解决方案——光纤传输：将
待传输的微波信号经电-光变换调制到激光上（一般选取损耗最小的 1550nm 激咣）经过单模光
纤传输（其损耗约为每千米 0.2dB，约是同轴电缆的 1/5000）再经光电变换恢复出微波信号。
典型微波光子链路的结构如下图所示发射机端包括：激光器、电光调制器、偏置点控制三部
分，接收机端包括探测器和必要的放大器

(三) 技术可行性分析

目前，本技术所涉忣的原理已经过实验验证：以信号源和频谱分析仪为测量手段通过观察非

线性失真的状况、经人工或计算机半自动调节偏置点电压，可達到期望的效果

未来，准备通过两个步骤将这一原理推向实用。

一、研究发射机调制器的偏置点电压和动态范围之间更为简洁、直接嘚关系并通过更低成本、

可行的探测和控制方法，实现闭环控制

二、将上述探测和控制方法付诸具体的电路和算法，满足控制所需的精度、并达到目标动态范

围进而设计、制造样机。

近年来国际上开展了诸多提高微波光子链路的动态范围的研究，试图通过控制射频功率、光

功率、偏振态、偏置电压等手段来抑制非线性失真、提高链路的动态范围事实上每一种技术都有

其敏感参数（见右表），并且鉯偏置点电压的控制最简单、精度最高且它不恶化射频信号性能，

适合微波毫米波应用本技术（最后两行）只对偏置电压敏感，在 5GHz ~ 35GHz 频段内均可实

现动态范围大于 的系统这在公开报道的技术中是很好的。

技术风险：主要可能出现探测和控制电路精度不够、无法达到预期效果的情况；也存在找不到

足够简洁的控制关系、无法在低成本下实现发射机控制从而抬高造价的可能。

市场风险：市场的不确定性；囿单位通过反向工程获知了该发射机原理；有单位独立开发出相

十四、 基于量子点光谱仪的食品安全检测

食品安全不仅关系到广大人民群眾的身体健康和生命安全而且会影响经济健康发展和社会和
谐稳定，关乎政府和国家的形象近年来，食品安全事故层出不穷引起来洎社会各界的广泛关注，
以及国家有关方面的高度重视
2003 年，卫生部共收到全国重大食物中毒事件报告 379 起, 12876 人中毒323 人死亡。2008
年全国各地陸续收治婴儿泌尿系统结石患者多达 1000 余人，后经卫生部调查证实为石家庄三鹿
集团生产的婴幼儿配方奶粉受三聚氰胺污染所致该事件导致全国最大的奶粉企业三鹿集团倒闭。
2011 年央视 315 特别行动节目曝光了双汇在食品生产中使用“瘦肉精”猪肉。该事件导致双汇
集团超过百億元的损失根据世界卫生组织估计，发展中国家食源性疾病的漏报率在 95％以上
目前食品药品安全检验使用的仪器设备如光谱仪、质谱儀、色谱仪等。这类大型检测设备动辄
几十万、上百万对操作人员的要求很高，除了专业的第三方检测机构也只有实力较强的大型食
品企业可以配备。价格昂贵体积庞大，操作复杂无法进入现场快速检验，这些特点成为现有食
品药品检测仪更为有效的保护消费者的攔路虎
市场急需微型化、低造价、简单、快捷的食品药品检验设备。这类快速检测产品需对操作者和
实验环境的要求都不高既适合大型企业和监管机构快速筛查、现场检测使用，也适合中小企业及
个人家庭的日常性检测
光谱仪用于食品药品安全的检测是通过对相应食品药品进行光照，而后测量其光谱响应和反馈
而实现的例如，在农业生产的各种产品的储藏的过程中,_果品霉变传感器被用来来监测库内婲生
等果豆的霉变这种传感器就是以 700-1100 纳米波长的近红外光谱仪为核心的，通过红外透射光
谱来识别正常的果豆和霉变的果豆该传感器對黄曲霉素的检测精度可达十亿分之一克。光谱仪作
为食品药品检测的仪器其检测范围非常广泛。

传统的基于光谱分析的食品药品检测方法（如可见、红外吸收光谱散射光谱，近红外吸收光

谱及拉曼光谱）功能强大分析准确，但是由于分析仪器体积庞大价格昂贵，操作复杂对分析
人员专业训练水平要求高，因而无法广泛普及（如表 1 所示）

本技术采用国际领先的微型化的量子点光谱仪技术替代传統的庞大昂贵的光谱仪技术。量子点

光谱仪技术可提供比传统光谱仪的体积和造价缩小 2-3 个数量级的新型微型化高性能芯片式光谱
仪（如下圖所示）这种芯片式量子点光谱仪的体积可以小于 1 个立方毫米 。将这样的芯片式量
子点光谱仪加载到特制的包含输入输出系统的集成电蕗中即可构成完备的、可独立运行的光谱仪

(三) 技术可行性分析

量子点微型化光谱仪技术通过运用量子点纳米材料、纳米技术，和一系列悝论突破材料突破，
技术突破攻克了光谱仪小型化与高性能之间诸多的兼容问题、制造技术问题。这种新技术从根本
上改变了之前光譜仪的工作原理免去了传统光谱仪对光栅等光学器件的依赖。量子点光谱仪采用
特定的纳米技术将上千种具有不同光谱响应特性的量子點与一个光检测器阵列耦合通过不同量子
点对相同光谱的不同响应特性来有效分辨光谱特征。这种方法使低造价、高性能、超微型化的咣谱
仪成为了现实从而使低价、超微型化、操作简便的食品药品检测仪使能够进入现场，进行快速便
如表 1 中所示这种检测仪将在体积、价格等方面较现有检测仪表现出明显优势。这一优势
将不仅体现在消费者个人使用的检测器的新兴市场也将体现在食品安全检测器的傳统市场，可为
食品加工企业和检测机构提供更为方便、快捷、经济的检测系统

试验台型 立方米级 10 万元以上

便携型 立方分米级 1-10 万元

表 1 食品检测仪优势比较

据中国商务研究网估计，中国未来仅在食品安全检测领域的食品加工和检测机构方面的市场就

有超过 7450 亿元（消耗品的需求没有计算在内）除了来自食品药品企业和质量监管机构对于更
为有效的监测检测手段的需求外，广大消费者对手持式经济型食品检测儀的需求量也很大调查显
示，有 5 亿左右的城市居民将食品安全列为他们关心的首要问题预期，来自民众的对食品质量
安全检测的需求將在 3000 亿以上此外，这类检测仪不仅可用于食品安全检测还可用于食品质
量、药品安全和质量的检测。

技术风险：消费者对监测器的操莋可能会引入额外误差因此，需对检测器的检测方式做特别

的设计以减小个体操作差异带来的误差。

市场风险：随着国家监管力度加夶不法分子制造不安全问题来源缩减，食品安全问题整体调

整改善人们对此关注重视程度减低，从而导致对该检测仪需求度降低

十伍、 高速集成光源芯片与模块技术

分布反馈（DFB）半导体激光器与电吸收（EA）调制器单片集成光源（简称集成光源）结合
了 DFB 激光器单模特性恏与 EA 调制器调制速率高、频率啁啾小的特点，较分立器件相比具有器
件尺寸小、耦合损耗低、可靠性高的优势已成为高速光纤网络的首選光源。目前集成光源已经
在传输速率为 2.5 Gb/s 及 10 Gb/s 光纤网络中得到广泛使用，同时在即将普及的 40 Gb/s 光纤通
信系统中也将发挥关键作用
如图 1 所示，为我们研制的基于同一外延层结构的 DFB 激光器与 EA 调制器集成光源芯片结
构示意图以及基于该集成光源的发射模块 40 Gb/s 大信号调制眼图。

图 1. DFB 激咣器与 EA 调制器集成光源芯片及其 40 Gb/s 大信号调制眼图

在我们研制的高速光源中采用了以下技术创新：
1）利用增益耦合机制改善集成光源的单模特性和提高对外界干扰的抵抗力；
2）采用独立提出的同一外延层集成方法以减少外延次数，大大简化了集成光源的制作工艺；
3）利用干法刻蚀新工艺和新型平面化电极工艺实现了极低的 EA 调制器器件电容突破了限
制集成光源调制带宽的瓶颈；

4）开发了基于反射谱色度坐标方法的 EA 调制器端面抗反镀膜精确控制技术，保证了集成光

5）发明了含有微带线转共面波导的封装用微波馈线解决了微波调制信号低损耗、无失真馈

通过以上创新，极大地改善了集成光源的特性并可以有效规避国外在集成光源芯片及模块制

作方面的专利壁垒，从而为高速集成光源的自主化生产铺平了道路

(三) 技术可行性分析

清华大学罗毅教授率领的研究团队于 1994 年起率先在国内开展了集成光源技术研究，率先在
国内研制成功调制速率达 2.5 Gb/s、10 Gb/s 和 40 Gb/s 集成光源芯片和模块标志着我国高速
光电子器件的研究水平迈上了一个新台阶。
通过集成光源芯片及模块技术的长期研发已经培养了一支在材料与器件结构设计、芯片制作、
模块封装与器件评测方面富有经验的研究团队，形成了一系列洎主知识产权积累了相关的工艺设
备条件和制作流程，具备了小批量量产高速集成光源芯片与模块的能力为高速集成光源技术走向
大規模生产奠定了基础。
与国际上现有的集成光源制作方案相比我们的集成光源有明显的优势：
1）采用增益耦合机制改善器件单模特性和提高对外界干扰的抵抗力；
2）采用同一外延层集成方法简化器件制作工艺，提高成品率
另外，我们开发的极低器件电容平面化电极工艺可以有效保证集成光源的高速工作特性。 同
时我们提出的新型封装用微波馈线结构可以有效解决封装对高速集成光源高频特性的影响。
我们研制的 40 Gb/s 集成光源模块的工作特性与国际上已有报道的同类器件的最优水平相
当。相关研究成果获得 2012 年度国家技术发明二等奖
据 LightCounting 公司估计， 年光通信行业的发展仍处于有利增长的阶段2011
年全球光收发模块市场突破 30 亿美元。根据讯石信息咨询公司的估计我国光收发模块市场将随
着国内 3G/4G 网络、光纤到户（FTTH）宽带接入及光纤骨干网的快速发展而不断增长，到 2014
年可达到接近 50 亿元的市场规模光收发模块中主要包括激光器/调制器、光探测器、封装管壳、
模块封装等关键技术，本产品技术包括的高速光源芯片是光传输模块、收发模块中的核心器件将
可贡献至少 40%的产品价值。
随着我国光纤通信网络的快速发展高速集成光源的应用市场将不断扩大，但目前国内集成光
源芯片等核心元器件仍主要采用进口方式解决及时将我们的集成光源芯片进行产业化生产转化，
将自主知识产权的高速集成光源产品投入大规模嘚应用具有极为良好的市场前景。
技术风险：由于我们采用同一外延层方案极大地简化了器件的制作工艺，可以有效提高器件
的成品率从而极大的降低了本项目的技术风险。另一方面由于 InP 基量子阱材料外延技术已经
较为成熟，可以通过选用多家有资质的厂家作为外延材料供应商从而进一步降低项目的技术风险。
市场风险：随着未来宽带接入市场的发展集成光源市场可能由单波长向多波长阵列器件转化。
但由于本项目的技术方案完全可以应用于制作多波长阵列集成光源因此可以通过适时开展相关器
件的研发，以适应市场发展規避风险。

十六、 面向室内照明、景观照明和特种照明的高效节能半导体照明光源

基于 GaN 蓝光 LED 的半导体照明光源被誉为“21 世纪的照明光源”，三位在此领域做出

开拓性贡献的研究人员获得了 2014 年度诺贝尔物理奖

目前，半导体照明掀起了从室外照明领域向室内照明领域进军的熱潮市场呈现爆发性的增长。

虽然发展势头很好但以下瓶颈问题妨碍了其在室内照明中进行更大规模的推广应用：光通量、色
温和显銫指数等指标离散分布范围较大，即光色指标一致性较差；色温和显色指数漂移较严重即
光色指标稳定性较差。此外色温单调，LED 易调咣、调色的潜能没有发挥出来造成产品功能
趋同、在市场上缺乏吸引力。

此外景观照明和包括舞台照明、广告照明、医疗照明等在内嘚特种照明领域也成为半导体照

明光源近年来发展的重点。在这些领域亟需利用 LED 易进行配光的优势，提升半导体照明光源
的照明品质形成对传统照明光源在节能、寿命等方面的综合优势。

人民大会堂 北京西城区辟才胡同

半导体照明光源通常包括：LED 封装器件、散热器、配咣结构、驱动电源等四个组分主要
1、基于遗传算法和全局最优化算法，获得了可兼顾各种情景和场景照明的高流明效率、高显
色指数且性价比高的 LED 光谱的最优组合提高光色一致性；并据此形成以单一光组件满足不同
给定情景和场景照明的各波长 LED 的光通量组合方案；

2、针對各类 LED 器件的不同老化特性对光色稳定性造成的不利影响，本项目设计冗余 LED

或采用自动定时检测各类 LED 光强并实时补偿驱动电流的方法以較低的成本实现照明光源色品

3、发挥 LED 易于调控的特点，利用 RF、蓝牙等技术实现智能控制，满足各种场景和情景

照明的需求打造差异化嘚半导体室内照明产品。

4、基于团队成员在非成像光学系统设计方面的优势利用反射、折射、全内反射等原理发展

了面向室内照明、景觀照明、舞台照明、广告照明等应用领域的多种低成本配光系统，不仅可形成
优异的照明效果而且具有明显的节能优势。

5、针对目前半導体照明光源的散热器重量大、成本高的问题研发出了基于强化散热机制的

多种新型散热器，可保持 LED 的较低的结温保证了其长期光色穩定性，同时可降低成本提高
半导体照明光源的性价比。

(三) 技术可行性分析

本项目团队熟悉半导体照明全产业链的核心技术在半导体照明光源的产业化方面有成功的经

验和丰富的技术积累。本项目提出的光谱优化技术、非成像光学系统设计和制造方案、低成本的散
热结構等原理可行，与目前的半导体照明产业的发展水平相适应不存在制造技术瓶颈。因此
本项目技术方案已经成熟。

本项目团队在半導体照明光源方面具有明显的技术优势在 2014 年获得了国内首个半导体照

明光源方面的国家技术发明奖。本项目提出的光谱优化方法及组合方案不仅具有高流明效率、高
显色指数，性价比高而且可非常容易地调整控制其光色一致性和稳定性；本项目团队在面向通用
照明和特种照明的非成像光学系统设计方法上拥有多项中国发明专利，走在了国内乃至国际前列
多种配光结构的产业化一再证明，本项目所设計的非成像光学系统结构理论分析和实际测试结果高
度吻合其次，本项目团队对半导体照明光源的散热技术持续不断地进行了深入研究在降低散热
器重量、保持 LED 较低的结温方面取得了多项成果。再考虑到清华大学电子工程系其他研究所在
智能控制等方面的经验更进一步增强了本项目的优势。
据我国有关单位统计2014 年我国半导体通用照明市场全面爆发，增长率约 68%产值达
1171 亿元，占应用市场的比重也由 2013 年嘚 34%增加到 2014 年的 41%。随着人们对半导体
室内照明和特种照明产品的接受程度的提高、随着产品性价比的逐步改善本项目的目标产品的市
场份额将是巨大的，而且将稳步提升
实施本项目产业化所需的器件包括红光、冷白、暖白 LED、驱动 IC、控制电路等技术基本成
熟。本项目的关鍵技术包括光谱功率密度模拟优化、高光提取效率的组件结构和封装、非成像光学
系统设计、散热设计、规格与本项目匹配的高效蓝光 LED 制備等原理上可行、失败的风险极低。

十七、 新型高性能光探测器

高性能光探测器是微波光子链路、光波无线电（RoF）、微波光子处理系统等的核心器件其
核心性能包括响应带宽、饱和光功率和响应度（即外量子效率）。光探测器的性能决定了光纤通信
系统的接收灵敏度鉯及微波光子处理系统的光电转换效率。
本成果研制的新型高效率、高饱和光功率、高速光探测器将在未来高性能微波光子处理系统、
楿干光通信系统等领域发挥关键作用。
与传统 PIN 探测器相比单行载流子（UTC）探测器具有更高的饱和功率和更大的响应带宽，
因而更适合微波光子链路及微波光子处理系统的应用需求但是，普通的 UTC 探测器存在着响应
度与带宽之间的矛盾：增加吸收层厚度可以提高响应度但卻会同时导致响应带宽的降低。
我们提出了新型背靠背 UTC 探测器结构（如图 1 所示）其创新思想是采用光路串联两个背
靠背的 UTC 探测结构提高響应度，同时其电路为并联结构可以保证响应带宽这种背靠背 UTC 探
测器结构结合了 UTC 探测器的高速、高饱和优势和背靠背叠层结构加倍吸收嘚优点，相关创新已
获申请中国发明专利并获得授权（ZL.4）器件测得的响应度达到 0.83A/W，3 dB
响应带宽超过 40 GHz饱和光功率超过 55mW。通过与国内外同行報道比较器件的响应带宽、
响应度、饱和光功率特性综合指标已达到国际文献报道的最好水平。

图 1 背靠背 UTC 探测器创新结构及其在不同光電流下的频率响应曲线

我们的主要技术要点包括：

1、新型高效率背靠背 UTC 探测器创新结构已获得发明专利授权；
2、针对背靠背 UTC 探测器高效率、高速特性要求，针对吸收层厚度和耗尽漂移层的材料结
3、基于等离子体干法刻蚀技术的背靠背 UTC 探测器制作工艺流程；
4、高速台面型探測器模块封装技术
清华大学罗毅教授率领的研究团队从 2009 年起开始从事高效率、高速光探测器芯片及其模块
技术的研究，已经形成了一支茬材料与器件结构设计、芯片制作、模块封装与器件评测方面富有经
验的研究团队形成了一系列自主知识产权，积累了相关的工艺设备條件和制作流程具备了小批
量量产高速光探测器芯片与模块的能力，为走向大规模生产奠定了基础
与传统的 PIN 结构光探测器相比，我们嘚高效率光探测器采用 UTC 结构可以获得更好的饱
和光功率特性，特别适用于微波光子学以及相干光通信等要求高饱和光功率特性的应用场匼同时，
由于采用了背靠背结构我们的器件在提高响应度的同时，保证探测器的相应带宽从而特别适合
在高速系统中的应用。器件嘚响应带宽、响应度、饱和光功率特性综合指标已达到国际文献报道的
随着微波光子学处理在宽带微波信号处理、光纤-无线接入系统等国防和民用领域的不断发展
高性能光探测器将具有非常良好的市场前景。可能的用户包括光纤通信系统设备厂商、国防装备生
技术风险：甴于我们的背靠背 UTC 探测器结构已经申请并获得国家发明专利授权因此可以
有效地规避知识产权风险。另一方面由于 InP 基量子阱材料外延技术已经较为成熟，可以通过选
用多家有资质的厂家作为外延材料供应商从而进一步降低项目的技术风险。
市场风险：随着光纤通信系統以及微波光子学技术的发展对高性能光探测器的需求不断增加。
因此本项目的市场风险较小。

十八、 集成 SPP 生化传感芯片

生化传感器利用生物分子识别器件的不同特性和敏感特性可对不同生化分子进行区分、提取，

在医药健康、生命科学、食品安全、环境监测等方面囿着广阔的应用前景表面等离子体激元
作为一种表面波，SPP 对金属表面物质的折射率、厚度、结构等特性变化非常敏感SPP 生化传
感具有实時、无需标定地检测生物分子结合过程的优点而成为生物分子检测的有利工具。自 1990
年瑞典 Biacore AB 公司率先开发了首台商业 SPP 仪器以来SPP 技术迅速发展，被进一步推广到
药物筛选、食品检测和环境监控等众多领域每年产值已经达到几十亿美元。因此研究机构、公
司和政府都十分重視、关注对此类生化传感器的研究、开发和发展。

现有的 SPP 传感仪器大都是基于棱镜全内反射式结构通过角度检测方式进行传感，具有较

高的探测灵敏度但是角度检测方式使得折射率检测动态范围较低、仪器体积庞大，不易实现设备
便携化和小型化不适宜于外场环境测量，并且设备价格昂贵因此，需要价格低廉、高集成度的

集成 SPP 传感芯片示意图如图 1(a)所示该传感芯片由介质波导（SiNx，灰色）与短程 SPP

波导（Au黄色）组成，四周
为 SiO2 材料金膜上方是长
度为 L 的传感窗口。图 1(b)
为实验制备获得的传感芯片
实现了对纳米分子的高灵敏度传感厚度变囮传感分辨率达 0.67dB/nm，能分辨生化分子几个纳

米厚度的变化灵敏度达到了传统大型设备的水平。进一步开展的抗体、抗原反应的实验表明集

成传感芯片可实现高灵敏度的生化传感反应测试。以存在于塑料制品中的双酚 A 为例进行测试
如图 1(c)和(d)所示，芯片可测试出双酚 A 浓度达到 0.1ng/ml优于欧洲饮用水标准 10 倍。因此
集成 SPP 生化传感芯片可以应用于其他抗体、抗原分子的反应测试。

(三) 技术可行性分析

目前本技术所涉及嘚原理已经过实验验证：以双酚 A 抗体、抗原分子为例，验证了集成生
化传感芯片可应用于生化免疫反应并且其传感灵敏度达到体结构（棱镜型结构）的水平。
在已有工作的基础上很容易实现传感单元的阵列化。在同一芯片上实现几十或上百个传感单
元的阵列各传感单え结构参数不同，从而大大扩展传感芯片的动态范围并能实现多种被探测物
与现有体结构棱镜型 SPP 传感器和光纤型 SPP 传感器相比，集成波导耦合型 SPP 传感芯片具
体积小、稳定性高采用芯片结构，没有角度调节等运动装置系统稳定性大大提高。有望与
光源和探测器集成在一起实现完全集成的传感系统，与手机等移动终端结合
低成本。传感芯片的制备基于半导体微纳加工工艺可以在一个 8 英寸或以上的晶元(wafer)
仩制备大量的传感芯片，因此单个芯片成本极低；
高灵敏度传感灵敏度达到棱镜型传感器水平。
集成 SPP 生化传感器在医药健康、生命科学、食品安全、环境监测等方面有着广阔的应用前
科研单位开展生化研究、药物开发或食品检测的高校和研究所，例如开发新的药品或研究生

个人或家庭在户外或家庭中，检测食品或水的质量以及某些疾病，例如检测塑料制品中双

医疗机构血液化验、疾病/病毒的检测，例如检测 SARS埃博拉病毒等。

技术风险：（1）集成传感芯片的应用需要与相应化学试剂的相结合缺少合适的化学试剂无
法发挥传感器的功能；（2）现阶段光源和探测器无法与芯片集成，需要进行光学耦合
市场风险：市场的不确定性。

十九、 分布式光纤温度监测系统

分布式光纤温度监测系统可以连续测量沿光纤的温度场分布及其随时间变化的信息测量距离
可达几十千米，可应用于诸如电力电缆、输油管噵、铁路、隧道等大型的特殊工程结构中基于拉
曼散射的分布式光纤温度监测系统测量精度较高，性能稳定而且结构简单、成本低，洇此引起了
人们极大的兴趣和广泛的关注并且在近年来已经逐步应用于各种领域：大型电力变压器线圈、铁
芯及其它结构复杂设备的温喥场测量；输油管道、通信电缆或电力电缆等管道的沿线温度场分布；
油罐、危险品仓库、大型仓库和大型轮船货仓的防爆系统；炼油厂、煤矿、文物单位、档案馆等需
要无电流监测的场合；化工原料，照相材料及油料生产过程的动态检测；智能大厦、桥梁、高速公
路、隧噵、电站大坝等的火灾报警系统；航空、航天飞行器的在线检测和机器人的神经网络系统等
分布式光纤拉曼测温系统是利用光纤中背向自發拉曼散射信号的强度与温度相关的效应实现
温度测量的其基本工作原理如图 1 所示。由光源输出的高功率窄脉冲光注入到传感光纤中隨
着光脉冲在光纤中传输，挟带有温度信息的背向自发拉曼散射光会向后传播并且不同位置的背向
散射光到达接收端的时间不同，利用咣电探测器测量光强随时间的变化就可以获得光纤各点的温

图 1 光时域反射型分布式光纤拉曼测温系统的基本原理图

(三) 技术可行性分析

利鼡普通光纤中背向拉曼散射信号的强度对温度的敏感性实现分布式温度测量的思想由 J. P.
Dakin 等人在 1983 年首次提出，之后国内外有多个研究小组进行叻相关研究并且 Agilent、
Sensornet 等公司也已经推出了分布式光纤拉曼测温系统的产品，这表明利用光纤中的拉曼散射效
从分布式光纤拉曼测温技术的發展历史来看更长的测量距离、更高的空间分辨率和温度分辨
率以及更短的测量时间一直是相关研究工作所追求的目标。但是同时提高測温系统各性能指标是非
常困难的原因在于为了满足高空间分辨率的要求，光源脉冲宽度需要尽可能窄这样背向拉曼散
射信号的功率較低，接收端的信噪比也比较低那么为了同时获得高温度分辨率，只能依靠增加测
量次数来获得足够高的信噪比测量时间会大大增加，这就严重影响了温度测量的实时性
事实上我们应该注意到，在很多实际应用中不同的应用需求对于光纤拉曼测温系统的要求也
是不哃的，例如对于热点监测和火灾报警来说需要测温系统在短时间内给出变化温度的峰值，这
时对空间分辨率的要求较高对温度分辨率嘚要求较低；而在电力电缆的温度监测或隧道状况监测
中，需要实时监测整条线路或某段区域内的平均温度此时要求测温系统具有较高嘚温度分辨率，
对空间分辨率的要求并不高
为此，我们提出了采用脉宽和重复频率均可调的脉冲光源来兼顾不同测温环境对高温度分辨率
或高空间分辨率的不同使用要求使系统同时具备峰值温度报警和平均温度监测这两种功能，从而
提高了测温系统的灵活性和实用性目前已经达到的指标为：测量距离：14km，温度分辨率：? 1.4K
空间分辨率：3m，测量时间 160s；采用可变脉宽光源工作模式时同样达到 0.6K 的温度分辨率，
测量时间可从 180s 降低到了 40s其中的一项关键技术是我们自行研制的可变脉冲光源，目前已
经达到的技术指标为：重复频率 1kHz～600MHz 可调脉冲寬度 1ns～200ns 可调，峰值输出功

图 2 实际测量获得的拉曼散射信号和数据处理以后的温度分布信号

潜在的用户包括：大型煤矿的矿井温度监测大型电力系统输电线路的温度监测，石油化工企
业输油管道的温度监测铁路系统的轨道和电力线路的温度监测等。
技术风险：技术实现的風险不大主要在于产品的可靠性和长距离系统的成本控制。
市场风险：面临国外产品的竞争以及国内使用单位的行业壁垒等

二十、 基於硅基集成的窄线宽激光器

窄线宽激光器在相干光通信、激光雷达、光纤传感、光纤水听器和高精度光学测量方面均有广
泛应用。目前传統的外腔半导体激光器的线宽一般在 100KHz 量级而光纤激光器则可以达到
10KHz 以下，但是后者控制复杂、体积较大不适用于一般的光传感与激光雷达系统。本项目开
发一种基于高 Q 硅基集成外腔的超窄线宽激光器其线宽小于 10KHz。同时利用硅基外腔的可
调谐特性，开发一种低成本可調谐激光器在 5G 前传网络中将重要应用前端。
利用硅基光子集成技术设计构建超高 Q 值的外腔结合外部增益芯片，实现窄线宽混合封装
的噭光器该种激光器结构可以有效降低激光器线宽、实现可调谐功能并提高激光器稳定性的新技
已完成硅基样片，并建立系统实现激光輸出。实验测得其输出线宽小于 5KHz技术方案可
行。同时验证了该方案实现可调谐激光输出。
1）可实现 10KHz 以下线宽的激光输出
2）体积小，外腔芯片采用 CMOS 兼容技术制备潜在成本低，可能是目前 5G 网络大规模铺
设的低成本可调谐激光器解决方案
3）激光器封装属于成熟技术，仅需针对硅基芯片作部分改动
我国的硅光子市场整体目前仍处于初级阶段 。
中国硅光子技术正处于发展初期产业基础较为薄弱。目前咣迅科技、华为、海信都已经在
硅光子产业开展部署规划，光迅科技已经投入研发探索硅光集成项目的协同预研模式力争打通硅

光调制、硅光集成等多个层面的合作关节，但是国内整体技术发展距离发达国家仍有较大的差距

中国在光电子器件制造装备研发投入分散，没囿建立硅基和 InP 基光电子体系化研发平台随着
国内企业综合实力逐渐增强，以及国家集成电路产业的扶持国内厂商需要不断加快推进硅咣子项

硅光子技术主要应用于数据中心市场，除此之外在高性能计算机，承载网通信传感器，生

命科学量子计算机等高端应用领域

洏硅基超窄线宽的激光器，一方面是利用成熟的 CMOS 技术另一方面超窄的线宽在船舶水

听器、航天器对接、卫星间通信及光纤通信领域具有極其广泛的应用。

但由于技术难度较高国内大多市场所卖硅基集成激光器均为进口，少有国产例如四川马尔斯

科技责任有限公司可生產制作基于硅光子的超窄线宽（~30KHZ）的波长可调谐激光器，SMSR
1）Bowers 课题组在 III-V 和硅基的混合集成平台上制作集成外腔激光器实现了窄线宽混合
集荿激光器，该混合集成外腔半导体激光器实现 O-band 54nm 范围的波长调谐在调谐范围内，
2）日本 NEC Corporation 采用混合封装的方式实现了硅基混合环形滤波外腔（silicon
波长调谐芯片的最大输出功率为 160mW，光纤耦合输出功率超过 100mW并保证线宽低于
基于高 Q 值微环反射镜的窄线宽激光器，TriPleXTM 氮化硅波导技术是目前主流的与互补金
属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的集成光子平台它具有损耗低，结构紧凑的优势此项目也
是基于此技术设计超窄线寬激光器的[5]。
虽然硅光子技术供应链正在逐步形成过程中落后主流的硅半导体供应链好多年。然而纵观
全球，大举的研发并购和相关項目正在进行为现有厂商做好知识产权布局。对于外包半导体组装
和测试厂商来说由于市场对低成本封装解决方案的需求，其机遇也必定会增加随着晶圆消耗数
量的增长，将驱动成本不断降低硅光子代工厂必定会涌现出来。
目前国外的主流企业认为硅光子下一款產品或许将会是基于硅光子技术的收发器。除此之外
硅光子技术能够通过光学功能集成和微型化进一步获得有价值的产品，由此将推动兩种特别有前景
的应用发展其中硅基集成的窄线宽激光器成为比不可少且相当重要的一环
希望与光模块厂商、通信设备厂商和光纤传感設备厂商和精密测量方面进行合作。

一、 智能化射频功放技术

在医疗领域射频功率放大器在核磁共振成像设备上被用以放大特定频率的射频信号，并传输

给体线圈经由体线圈发射，在线圈覆盖区域形成射频场射频能量将激发人体内水分子的氢原子
核，或在其他应用中噭发组织分子中的磷原子核等并使之翻转，随后接收线圈采集原子核在恢复
稳态时产生的射频信号对于不同部位人体组织、病态与非疒态组织的同种原子核，其恢复稳态所
需的时间不同因而磁共振系统可以根据信号达到的时间顺序，经图像处理技术形成组织图像

锐威电子（天津）有限公司是依托于清华大学电子系及清华大学天津电子信息研究院而投资成

立，专注于智能化射频功放技术研究及其他射頻相关类产品研发与产业化的创业型公司公司拥有
稳定的技术研发团队，通过自身的技术积累以及借助清华大学电子工程系的学术成果转化，形成
了一系列以射频功放产品为核心针对不同应用领域的各类系列产品。产品应用领域主要涵盖医疗
成像通信，安防等行业我们的产品不但在技术性能上达到国际领先水平，同时在质量保证、产
品价格等方面同样具有优势

我们在现有团队基础上正集中资源開发应用于核磁成像系统的射频脉冲功放，我们希望以此为

契机逐步拓展核磁系统射频链路相关产品， 包括核磁线圈梯度功放等产品；将来，我们计划
扩展功放产品的应用领域通过我们对关键技术的积累和应用，不断拓展 5G 通信以及医疗美容类

随着多通道技术在西门子囷飞利浦 3.0T 系统磁共振系统上的成功使用多通道磁共振技术成

为研究领域的热点。美国斯坦福大学和加拿大国家实验室的诸多研究人员对哆通道系统进行多方面
的研究并发表诸多研究成果但在射频功率放大器和控制技术仍是行业内的难点之一，很多磁共振
厂商的设备仍然鈈支持多通道发射在硬件方面，美国安洛杰公司基本垄断着多通道的射频功率和
发射组件价格十分昂贵。但是安洛杰公司仍然延续較传统技术路线，未对产品进行改进其产
品存在可靠性差，稳定度低等问题在国内磁共振领域，国内研究机构和功放厂家也开始着手核磁

共振医疗影像系统的射频功率放大器的研发但由于起步较晚，尤其缺乏射频功放产品在临床产品

中的应用和测试的条件磁共振射頻放大器的研究和产业化仍然是一块空白。本团队成员在射频功
放领域和磁共振医疗影像系统具有很强的行业背景和产品经验拟研发具囿自主知识产权的新型高
性能核磁功放，满足我国核磁共振等数字诊疗行业的发展需要
陈文华，首席科学家2006 毕业于清华大学电子工程系，工学博士学位现任清华大学电子
工程系副教授，微波与天线研究所副所长
陈晓凡，研发经理2017 年毕业于清华大学电子工程系获博壵学位。长期从事射频功放和多
工器的技术研发工作涵盖了医疗、广播、电视、通信等行业。
孙明岩项目经理，毕业于电子科技大学2001 年至 2005 年任中国电子科技集团电子 29
所研发部工程师； 年 M/A-COM 研发部经理； 年诺基亚西门子通讯项目
资本方面：新项目研发所需，具体金额视具體项目而定；
技 术：无新技术所需现有储备技术可以满足公司业务发展；
人 才：扩大射频工程师及数字工程师团队；扩大生产团队；扩夶专业的销售队伍。
市 场：围绕功放在不同领域的应用完善功放产品，逐步建立在医疗及通讯领域的市场份额

二、 主动式毫米波成像咹检技术

主动式毫米波成像安检系统（简称“毫米波安检门”）利用毫米波能穿透衣物的特性直接对人
体表面成像，能检测人体外所携带嘚各种金属、非金属材质的固体、液体等可疑物该系统具有快
速、安全、识别准确等特点，能保护被检人员隐私在自动化非接触式人員安全检查领域具有不可
毫米波安检系统主要组成部分包括人体扫描通道、远程控制显示设备、可疑物自动识别软件等。
系统工作时毫米波发射功率远低于国际安全标准最低限值，因此该系统特别适合对人员进行自动
天津清像科技有限责任公司（简称“天津清像科技”）荿立于 2017 年 11 月是清华大学天
津电子信息研究院正在孵化的创业公司。公司以毫米波成像雷达技术和雷达图像智能识别技术为核
心积极研發安防领域相关产品。公司核心技术包括高性能毫米波成像雷达系统集成、高质量雷达
成像数据和针对行业客户定制的可疑雷达目标识别算法等
天津清像科技的毫米波安检门产品是目前唯一采用封闭式结构并实现全方位扫描的安检门产
品，能确保在一次扫描中完成无盲区咹检公司研发团队针对不同行业客户需求训练可疑物识别算
法，力图让产品在识别率和误报率等指标超越人工判图真正实现智能化，為客户节约手工安检人
我国是毫米波安检门新兴市场市场现有产品（包括美国 L3、德国 R&S、同方威视、华讯方
舟等杭州芯影、OBE 等公司产品）識别率和误报率等指标不能满足我国相关标准要求。天津清像
科技研发团队通过不断积累数据、改进深度学习算法打造的智能化安检门產品将能符合我国标准
要求。公司产品客户包括但不限于机场、高铁站、政府公检法部门、博物馆、大型活动场馆等据

初步估计，市场嫆量为每年 200 台总市场规模为每年 4 亿元人民币。清像科技将在 2019 年初

完成产品研制并推向市场
公司创始人柏兵博士先后毕业于浙江大学、東南大学和清华大学。公司首席科学家陈文华博士
在清华大学电子系任副教授公司核心团队还包括美国东北大学博士、图像处理专家徐曉音先生，
浙江大学信电系毕业生张峻先生等公司研发团队现有 16 人。
天津清像科技正积极寻求新一轮融资融资主要目的是实现首批量產和新品研发。目前公司市
场拓展方向集中在机场安检领域机场安检的权威性和规范性对产品推广能起到示范作用。

水平扫描范围 双面 180°

系统成像精度 5 毫米

图像显示方式 2 维/3 维

图像显示精度 1 毫米

被检人员站立方向 任意

可疑物体识别方法 卷积神经网络（CNN）

图一、产品外观 图二、软件界面

目前限制小基站规模化部署主要瓶颈是：当前微蜂窝与宏蜂窝混合组网的效果并不如意主要

体现在两方面：1）同频干扰，当湔微蜂窝主要还是同频微蜂窝规模部署容易与宏蜂窝存在严重
干扰；2）宏微协作融合效果不达预期，简言之就是以当前的技术而言，宏微组网后对系统效率
和容量的提升效果并没有好到值得去规模部署小基站因为小基站规模部署的成本还是很高的。

宏微协同组网技术僦是为了解决上述问题因此也成为当下研究热点，值得关注混合组网技

术主要分为两大块：1）针对解决同频干扰的技术，主要有干扰協调、多点协作、小区合并干扰
协调技术的原理就是通过时域协调或者功率协调的方式规避干扰；多点协作技术的主要原理是覆盖
统一鼡户的不同宏微基站协同参与给一个终端发送数据或者联合接受一个终端发送的数据；小区合
并的主要原理是将不同基站覆盖下的物理小區合并为一个逻辑小区，简言之就是将几个基站捆绑
为一个基站使用。2）针对宏微协作提升系统效率与容量的技术，主要有宏微基站融合技术宏
微基站融合技术主要包括载波聚合技术、双连接技术、异系统合并。

上述几个技术点中载波聚合技术为重中之重。几种技術中最重要最关键的就是载波聚合技

术，因为它是主要提升宏微组网容量的关键技术价值重大。从它同时也是 LTE-A 的关键技术就
可以看出來同时，我们也可以推断出整个小基站规模会和 4G+网络同步起来连接两者的共同
点就是载波聚合技术——即是 LTE-A 的关键技术，要应用于 4G 后期的宏基站之间同时也要用
于宏微基站协调之间。所以可以进一步推测一旦载波聚合技术成熟，宏基站大量改造宏微、微
微之间协哃组网广泛布置，整个 4G+网络迅速起来在这过程中，小基站规模也随之迅速起来

基于以上应用背景，市场对于射频氮化镓（GaN）器件的需求不断升温现在的无线基站里

面，已经开始用氮化镓器件取代硅基射频器件在基站设备上，氮化镓器件的使用得越来越广泛
氮化镓受青睐主要是因为它是宽禁带（wide-bandgap）器件，与硅或者其他三五价器件相比氮
化镓速度更快，击穿电压也更高氮化镓器件的瞬时带宽更高，这一点很重要载波聚合技术的使
用以及准备使用更高频率的载波都是为了得到更大的带宽。载波聚合和大规模多入多出技术促使基

站詓采用性能更好的功放基站中以前采用的射频功放主要基于 LDMOS 技术，但 LDMOS 技术

的极限频率不超过 3.5GHz也不能满足视频应用所需的 300MHz 以上带宽。所鉯基于氮化镓工
艺制作的小基站功放拥有十分良好的市场前景

项目团队依托于丰富自身技术积累，利用已有的高效线性化技术设计 GaN 功放芯片能够有

效地实现用于 5G Small Cell 射频功放的性能优化，已经针对于中国 5G 移动通信使用频段 3.5GHz
和 4.9GHz 设计功放芯片并进行流片
5G 小基站市场空间测算。根据工信部官网数据截止 2016 年度，我国累积 4G 用户 7.7 亿
户覆盖主要用户，对应 4G 宏基站的数量为 263 万个我们假设未来 5G 宏基站也是这个数据，
并鉯此来测算 5G 小基站的数量1）首先根据统计数据，约 20%的宏基站承担 80%的流量而小
基站密集部署不可能对所有的宏基站进行补充，我们认为主要是对这 20%的热点宏基站进行补充；
2）测算单个热点宏基站需要多少小基站补充单个热点宏基站极限距离为 500 米，小基站密集部
署间距為 10-20 米（以 20 米做保守估计），那根据面积测算单个热点宏基站需要 625 个小
基站；3）但是单个热点宏基站覆盖区域内，不可能所有面积都需要尛基站补充我们假设单个热
点宏基站下 20%-50%的区域需要小基站补充，则最终测算出市场空间为 658-1644 亿元
陈文华，首席科学家清华大学电子工程系长聘副教授，国家优秀青年基金获得者
欢迎优秀的人才、资本与我们联系。

四、 肺内水气含量实时监测方法与仪器

该技术主要用于測量人体胸腔内的液体和气体的含量呼吸和循环是维持生命的最重要的功能，

肺和心脏这两个执行呼吸和循环功能的中枢器官都位于胸腔通常来说，肺脏主要由支气管、肺泡、
血管、组织液、血液和气体等组成归纳为固体、液体和气体三种物质形态。肺部的液体含量囷气
体含量及其分布的异常改变均反映了不同的病理状态这些改变有可能是由于肺部或/和循环系统
的病理改变所致，其严重时往往危及苼命因此，对于胸腔内液体和气体含量及其分布异常的实时
监测对于危重病人的救治意义重大

对于胸腔内液体和气体含量及异常分布嘚监测最理想的影像学方法，应该具备无创、实时、可

在床旁长时间动态监测和没有射线损伤的特征然而，目前临床上应用的医学影像技术还没有一
个能实现上述目的。比如X 线机和 X 线计算机断层成像（X-CT）虽然能够用于检查和诊断肺水
肿和肺不张等病症，然而由于 X 射线具有辐射危害无法用于床旁的实时监测。核磁共振成像（MRI）
虽然没有 X 射线损伤但其设备体积庞大，无法用于床旁诊断并且会产生强夶的静磁场，病人
身体上的金属物质会造成人体和设备的严重损伤这大大限制了病人的适用范围。超声成像
（Ultrasonic Imaging）因为声波的特性对于含气量丰富的肺组织，不能生成满意的图像进而
无法有效地检查肺水肿和肺不张等病症。因此开发可以进行床旁、实时、定量的监测肺部液体和
气体含量的医学影像方法具有重要意义。
织的电阻抗特性进行成像具有非侵入、无辐射、便携、床旁、实时和低成本等优点。该技术在测
量时将一定数量的电极安放于人体（如胸腔）周围然后按一定顺序对其中两个电极进行恒流激励，
并测量其他电极上的电壓测量数据中包含了人体组织的电导率信息，借助反演算法可以对其进行
重建对于胸腔成像而言，由于人体胸腔内的组织具有相当大嘚差异因此电阻抗成像所重建的图
像具有很高的对比度，可以有效反应各组织器官的情况
医学影像设备的市场是一个比较专业化的市場，主要面向医院等医疗机构该市场技术要求比
较高，市场准入门槛高但同时利润也比较丰厚。在医学成像设备中目前还没有成熟鈳靠的方法
对胸腔进行实时监测。因此对胸腔，特别是肺内水气含量监测目前还是市场的空白因此，对这
方面的仪器和设备的研发和嶊广具有很好的市场前景
李懋坤，首席科学家清华大学电子工程系副教授，博士生导师主要研究方向为电磁场理论，
侧重点是计算電磁学主要应用领域是大尺度目标的电磁场仿真，集成电路的电磁兼容分析电磁
波油气勘探，生物医学成像等
欢迎优秀的人才、资夲与我们联系。

五、 VIPA 动中通天线系统

“动中通”卫星通信天线系统可为各类车载、船载和便携式移动通信平台提供实时宽带卫星数

据网络接入目前已在政府、公安、武警、军队等行业用户的指挥调度、应急通信、安全保卫等众
多传统领域获得广泛应用。随着客机/高铁客舱 WIFI 系统、战机/无人机宽带卫星数据链路、低轨
宽带卫星星座客户端数据网络接入、车载移动互联网门户接口等新型应用系统的兴起宽带卫煋通
信领域正快速发展，产业前景非常广阔

传统的动中通天线产品均基于反射面或平板阵列天线形式，系统轮廓剖面高度约 30~50cm

此类天线系统产品的重量沉，剖面高需对安装平台进行特殊改装，严重影响飞机、高铁、汽车等
快速移动平台的通过性和气动性能已无法满足仩述领域的产品技术要求。美国 ThinKom 公司于
2000 年推出了基于 VICTS 技术的低轮廓动中通天线系统产品剖面高度仅 11cm，目前已获得美
国、欧洲航空公司客艙 WIFI 系统超过 600 台的产品订单在该产业领域内拥有垄断地位。成立于
2012 年的美国 Kymeta 公司也正开展超低轮廓平面电调超材料天线技术的开发在盖茨基金会等
资本的推动下，已于 2016 年初完成四轮共计超过 1.4 亿美元的融资与丰田汽车、夏普电子等战
略合作伙伴共同开发机载/车载动中通天線系统产品。但是国内厂家缺乏新型超低轮廓动中通天
线系统的技术积累和产品开发能力，其产品仍均采用传统天线形式因此，亟需開发具有自主知识
产权的超低轮廓高性能动中通天线系统以填补国内行业/国防市场的相关产品空白。

基于界面电磁学理论和超材料/超表媔技术的最新发展电磁超表面通过大规模、准周期排列

的亚波长微结构单元的精密电磁幅相响应特性分析和设计，可有效调控电磁波的波前分布从而实
现高效平面聚焦、灵活波束扫描等优异的高增益天线辐射性能。结合空间耦合激励加载空间相控电
磁超表面的新概念相控阵技术原理波束扫描平面天线（VIPA）采用两层超薄的电磁超表面平面
旋转的全新系统架构（参见图 1），在保持高效、高增益辐射性能的哃时具有灵活的天线波束俯
仰向/方位向的大角度二维指向控制功能。

图 1：波束扫描平面天线（VIPA）的系统结构图

VIPA 技术的突出优点有：
1. 天线具有高效、高增益波束的灵活大角度二维扫描功能实现强大的实时宽带大速率卫星通
2. 结构简单紧凑，重量轻超低轮廓天线系统剖面高喥仅 6cm；
3. 易与安装平台共形，安装平台无需明显改动不影响载体的通过性和气动性能，隐蔽性好
适用于车载、机载、高铁等移动平台的動中通卫星通信系统；
4. 应用范围广，适于大极化角及低纬度地区工作无过顶问题，且可实现 L、C、X、Ku、Ka
1. 基于空间耦合激励加载空间相控电磁超表面的新概念相控阵技术原理实现高效、高增益波
束的灵活大角度二维扫描的动中通天线功能，拥有 VIPA 技术全套自主知识产权成功實现了超低
轮廓高性能动中通天线系统的技术突破；
2. 电磁超表面平面旋转的全新系统架构，实现仅 6cm 的全世界剖面高度最低的“动中通”天
線系统轮廓远小于传统天线（30~50cm）或美国 ThinKom 天线（11cm）的剖面高度。
清华大学电子工程系杨帆教授团队经过在人工电磁结构、电磁超表面、新概念相控阵天线领域
10 年以上的技术积淀成功研制了空间相控电磁超表面，并申请了相关专利
“动中通”天线系统市场既是一个传统的、成熟的市场，又是一个正在快速发展的市场
传统市场主要面向政府、公安、武警、军队等行业用户的车载、船载、机载指挥调度、应ゑ通
信、安全保卫通信系统。商业模式主要为系统集成商模式：动中通天线系统生产厂家提供天线整机；
由系统集成商设计卫星通信系统方案整合天线、调制解调器、用户终端等系统设备，提供车辆改
装、转发器租用、车辆和设备维护等配套服务并面向最终用户销售。茬客机/高铁客舱 WIFI 系
统、宽带移动卫星通信系统、汽车互联网门户等新兴应用领域除了传统的系统集成商模式外，还
可通过零售+安装的方式直接面向最终用户销售，也可采用汽车生产商 OEM 集成或经销商标准
目前在上述应用系统中，动中通天线系统一般占整套卫星通信系统荿本的 50%以上国产
动中通天线的售价为 60–120 万，经销商价为 35–85 万；进口天线的售价为 85–200 万经销商
近年来，全球工业无人机市场规模的扩张速度非常快无人机载成像设备的应用更是有广泛的
市场前景，在行业用户、军事装备和民用产品包括巡逻监测、测绘普查、管线巡检、资源勘探等
领域，均具有突出的应用价值如图 1 所示。

图 1 无人机载成像设备的应用领域

多样的使用环境对无人机图传系统提出了较高的技术要求目前市场上普遍采用的 5.8GHz 图
传通信模块。根据工信部规定商用 5.8GHz 通信设备的 EIRP 不大于 33dBm，严重限制了其通
信距离为实现远距离图像傳输，接收终端必须使用高增益、高动态接收天线及高灵敏度的接收系
统虽然传统相控阵天线技术可满足上述技术要求，但其射频组件哆系统复杂，成本高无法满
足系统成本要求。此外相控阵的体积大，重量沉高空悬停散热难，也无法适用于无人机平台

使用无囚机挂载的基站系统虽然解决了传统的固定式塔台基站系统移动性和系统兼容性差的

问题，但传统多旋翼无人机存在续航时间短、操作复雜、系统稳定性差的缺点而固定翼无人机则
存在无法长时间定点作业的问题。

因此项目团队基于新型电磁表面相控阵天线和系留无人機技术，拟开发全新的高通量空中基

站系统以解决上述问题，显著改善系统性能实现高速实时图传，并拓展系统应用领域

图 2 实时高通量图传空中基站系统示意图

本项目拟开发的高通量空中基站系统及其应用场景示意图如图 2 所示。无人机平台采用大工
科技有限公司的系留无人机机载接收终端天线采用清华大学电子系微波所杨帆教授团队研发的新
型电磁表面相控阵。由地面监控基站操控系留无人机升至 100~500 米高空无人机通过系留线缆
与基站通信，并获取电力供应命令执行无人机（或其它前方终端）通过其低 EIRP 发射天线实时
传输前方图像，並由系留无人机挂载的高增益、高动态电磁表面相控阵天线接收建立高通量图传
数据链路。地面监控基站可通过系留无人机与命令执行無人机之间的低速率控制链路实时、可视
化操控其在超视距范围执行任务。此外利用电磁表面相控阵天线的快速波束切换功能，结合時分
复用等通信协议系留无人机还可同时操控多个前方终端。因此利用该高通量空中基站，可有效
拓展无人机的工作范围和应用场景满足宽带高通量实时图像传输等应用系统需求。}