光技術(shù)是當今世界的核心，使最復雜的過程和程序得以實現(xiàn)。光技術(shù)發(fā)展的十大趨勢，雖然每一個都是許多微小的、漸進的進步的結(jié)果，但在不久的將來提供更多的機會。

2019年位列榜首的十大趨勢：

腦成像

添加劑制造或3D打印

量子技術(shù)

增強/虛擬現(xiàn)實

偏振相機

激光雷達探測

照明控制

深度學習

微型光譜儀

智能工廠

1. 腦成像

隨著全息技術(shù)、三維成像技術(shù)、光子計數(shù)技術(shù)、光纖傳感技術(shù)和可植入MRI成像技術(shù)的發(fā)展，腦成像領(lǐng)域不斷擴大。僅3D成像市場就有望在未來三年內(nèi)增長近25%，大腦研究是其眾多應用之一。以色列特拉維夫大學(Tel Aviv University)的研究人員開發(fā)出一種光子計數(shù)解決方案，提高了活體大腦中神經(jīng)元活動的二維和三維快速成像質(zhì)量，試圖揭示神經(jīng)元和血管之間界面的內(nèi)部工作機制。

全息術(shù)是大腦研究的另一個機會領(lǐng)域。加州大學伯克利分校的神經(jīng)學家正在使用全息激光激活大腦中的神經(jīng)元，模擬大腦實際反應的模式和節(jié)奏。Hillel Adesnik美國伯克利實驗室的博士后研究員Alan Mardinly表示，“這是開發(fā)一種可以成為具有額外感官或增強感官的虛擬腦植入技術(shù)的漫長道路的第一步?！?/p>

在亞利桑那大學（美國），研究人員開發(fā)出了光纖傳感器，可以替代用于繪制大腦活動的磁共振成像（MRI）系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)便攜、成本低、能夠在室溫和無屏蔽環(huán)境中運行，因此可以無論是在運動中診斷腦震蕩還是在爆炸引起腦損傷的沖突區(qū)域，使用不受環(huán)境因素影響。

在其他工作中，麻省理工學院的研究人員開發(fā)了一種微型傳感器，可以植入大腦，與體外的MIR掃描儀相互作用。該設(shè)備不需要電源或有線連接到大腦，它可以檢測大腦中的微小電流和發(fā)光蛋白產(chǎn)生的光信號。

2. 添加劑制造或3D打印

一項新興的技術(shù)是添加劑制造或3D打印，預計到2023年，其年增長率將超過26%。從汽車工業(yè)的金屬零件制造到定制光學器件的設(shè)計和制造，再到人造四肢、血管和心臟瓣膜的制造，3D打印的應用無所不在。

在激光增材制造中，激光起著重要作用，因為它們將大量能量聚焦在各種材料粉末上，將它們?nèi)诤铣?D部件。激光器逐層熔化材料，直到部件完成。

激光粉末床融合（LPBF），也稱為選擇性激光熔化（SLM），是德國亞琛弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所ILT AutoAdd項目的重點工藝。 AutoAdd項目旨在通過在汽車大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中集成LPF工藝鏈，降低單位成本，使汽車行業(yè)更容易使用增材制造。

在醫(yī)療領(lǐng)域，增材制造被用于多種類型的植入物 – 從面部到整形外科到牙科等等。到2025年，3D打印醫(yī)療設(shè)備市場的項目將近100億美元。英國的研究人員使用了添加劑制造以發(fā)現(xiàn)我們的骨骼是如何生長的。在模仿真實骨骼生長的過程中，他們不僅學會了骨骼的生長方式，而且還了解了骨骼抵抗沖擊和彎曲的原因，這可能會導致更自然的植入物這可能會取代目前使用的金屬和塑料植入物。這項研究也可能有助于了解骨質(zhì)疏松癥和骨質(zhì)惡化。

3. 量子技術(shù)

數(shù)字技術(shù)改變了計算機、通信設(shè)備、安全、醫(yī)藥等。現(xiàn)在我們超越數(shù)字技術(shù)并轉(zhuǎn)向量子技術(shù)。量子力學描述了宇宙中最小的物質(zhì) – 質(zhì)子、中子、電子等亞原子粒子。大量的資金用于開發(fā)量子技術(shù)并將技術(shù)帶入商業(yè)化的項目。例如，在歐洲，量子旗艦計劃是一項投資10億歐元，為期10年的計劃，將涉及5000多名歐洲研究人員.UNIQORN是屬于量子旗艦的眾多項目之一，它將專注于量子通信系統(tǒng)。其使命是提供通過將復雜系統(tǒng)放入毫米級芯片中，使光子技術(shù)能夠適應量子通信。

而另一個歐洲組織正聯(lián)手開發(fā)人工智能和量子計算。 Imec，CEA-Leta簽署協(xié)議，專注于開發(fā)、測試和試驗神經(jīng)形態(tài)和量子計算，旨在提供一個數(shù)字硬件計算工具箱，可供歐洲行業(yè)合作伙伴用于各種應用的創(chuàng)新，從個性化醫(yī)療和智能移動到新的制造業(yè)和智能能源領(lǐng)域。

當許多研究小組正在組建時，澳大利亞、意大利和瑞士的一組科學家開發(fā)了一種光子芯片，這可能是第一次證明量子信息可以通過芯片上的拓撲電路進行遠距離編碼、處理和傳輸。

4. 增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實

隨著數(shù)字技術(shù)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，我們將越來越多地接觸虛擬、增強甚至混合現(xiàn)實。它們是什么，它們有何不同？虛擬現(xiàn)實讓用戶沉浸在另一個世界中。佩戴頭部或頭戴式顯示器，將用戶置于虛擬環(huán)境中，例如視頻游戲或醫(yī)療保健環(huán)境中。增強現(xiàn)實(AR)將圖像疊加在真實世界的視圖上。

顧名思義，混合現(xiàn)實將虛擬與現(xiàn)實世界混合在一起，允許用戶與軟件生成的圖像進行交互。VRHealth為醫(yī)院，康復中心和醫(yī)生辦公室提供虛擬現(xiàn)實解決方案。 VR應用程序可用于疼痛管理，康復鍛煉，ADHD兒童的治療等。

VOSTARS（視頻光學透視增強現(xiàn)實手術(shù)系統(tǒng)）項目正在開發(fā)一種外科醫(yī)生使用的醫(yī)用遮陽板。通過將患者的X射線與他們的身體一致地疊加在3D上，外科醫(yī)生在手術(shù)期間不必將視線移開。遮陽板還提供了患者的麻醉數(shù)據(jù)，心率，體溫和其他生命體征。該項目預測準確性的提高以及手術(shù)室的時間縮短。

隨著AR / VR / MR應用程序的增長機會無限。平視顯示器是新應用程序不可或缺的一部分，因此，到2024年，平視顯示器市場預計將超過70億美元，在此期間的復合年增長率超過19％。

5. 偏振相機

根據(jù)高級編輯DaveWilson的說法，今天我們看到相機前端的高度專業(yè)化。 “大型CMOS成像器的重要性日子已經(jīng)一去不復返了?！苯裉?，它完全取決于成像儀或相機的功能，因此出現(xiàn)了高度專業(yè)化的成像儀，可用于飛行時成像相機和偏振相機。

偏振是將非偏振光轉(zhuǎn)換為偏振光的過程，這意味著它需要一個在多個平面內(nèi)振動的光波，并將其轉(zhuǎn)換為光波，振動發(fā)生在一個平面內(nèi)。偏振相機

以昆蟲的方式獲取圖像。昆蟲和其他生物，如螳螂蝦的視覺系統(tǒng)，能夠用高動態(tài)范圍的光敏細胞感知極化信息。

偏振相機在工業(yè)檢測中非常有用，其中可能存在低對比度或高反射。偏振相機可以過濾從不同材料表面反射的光的偏振角。

隨著索尼全球快門iMX250MZR CMOS傳感器的出現(xiàn)，索尼向前邁進了一步，該傳感器為相機制造商提供了現(xiàn)成的解決方案，而不是必須在相機的傳感器上方安裝旋轉(zhuǎn)機械偏振濾光輪。

6. 激光雷達探測

根據(jù)ResearchandMarkets最近的一份報告，全球汽車激光雷達市場預計在未來十年將以29.6％的復合年增長率增長。自動駕駛汽車和先進駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的增長推動了市場，特別是考慮到無人駕駛車輛的安全事故數(shù)量不斷增加。

激光雷達代表光探測和測距，用于代替相機，雷達和超聲波傳感器，或者用于相機，雷達和超聲波傳感器。

這個市場的機會似乎無窮無盡。眾所周知的光學公司，如Jenoptik，正在提供一系列先進的激光雷達系統(tǒng)的光學元件。 Hamamatsu正在提供一種四通道脈沖激光二極管，可用于車載激光雷達模塊的光源，可以更精確地測量遠距離物體。 Laser Components是激光和光電元件的供應商，正在與弗勞恩霍夫微電子電路與系統(tǒng)研究所合作開展激光雷達開發(fā)。 Excelitas提供表面貼裝器件脈沖激光二極管陣列作為下一代激光雷達系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)建模塊。AccuCoat等涂料公司正在解決激光雷達系統(tǒng)中獨特的光學涂層需求。

7. 照明控制

在今天的燈光中，一切都與控制有關(guān)。固態(tài)照明的特性可以控制光強度，色溫，色調(diào)，功耗等。照明控制可以內(nèi)置在LED驅(qū)動器中，也可以由計算機處理或在互聯(lián)網(wǎng)云中處理。

照明控制的應用范圍從建筑物中的智能照明到工業(yè)機器視覺到室內(nèi)農(nóng)業(yè)。在機器視覺中，一致的光照水平是至關(guān)重要的，因為機器視覺系統(tǒng)必須非常精確地監(jiān)控、檢查、分析和分類。使用OLED控制器的室內(nèi)農(nóng)業(yè)應用在“OLED中描述可以將垂直農(nóng)場效率提高20％”。

Cortet是智能建筑物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)的專家，他開發(fā)了Cortet照明控制解決方案，可以通過移動應用程序進行控制。GardaSoft提供了一系列用于高速計算成像的照明控制器，它可以驅(qū)動照明，允許機器視覺應用中的快速圖像序列，通過智能相機獲取不同的照明角度。

8. 深度學習

高級編輯戴夫·威爾遜說：“我們所擁有的是軟件業(yè)的一場革命，許多制造商和公司都在研究機器學習和深度學習。”這兩者之間有區(qū)別，機器學習軟件系統(tǒng)使用支持向量機（SVMS）或隨機森林算法，深度學習使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）——一類非常適合分析視覺圖像的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。威爾遜說，在他看來，深度學習（CNN）系統(tǒng)將很快變得非常重要。

根據(jù)MathWorks開發(fā)經(jīng)理Girish Venkataramani的說法，深度學習是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)的。在視覺系統(tǒng)中，將教授深度學習軟件執(zhí)行非常具體的功能，識別復雜的特征，并相應地對圖像進行分類。我們看到主要制造業(yè)正朝著深度學習方向發(fā)展。 Hyundai CRADLE，現(xiàn)代汽車公司的企業(yè)風險投資和開放式創(chuàng)新業(yè)務(wù)，最近投資了allegro.ai，這是一家專門從事深度學習的技術(shù)公司。 Matrox Imaging最近宣布其著名的基于流程圖的視覺應用軟件Matrox Design Assistant X集成了新功能，包括使用深度學習進行圖像分類。 EyeVision是機器視覺軟件的一個例子，它提供了一種車牌識別應用程序，該應用程序使用深度學習來識別車牌以及車輛的品牌和型號。

9. 迷你光譜儀

光譜學是一種用來測量紫外線、可見光、近紅外和紅外波長的光強度的技術(shù)。它廣泛應用于醫(yī)療、環(huán)境、安全、藥理學等領(lǐng)域。光譜學可以追溯到16世紀艾薩克牛頓的光學實驗，但很快就發(fā)展到了350年左右，如今光譜學的發(fā)展趨勢是能夠進行實時、現(xiàn)場測量的小型微型和微型光譜儀。

即使是在微型封裝中，小型分光計也具有高端光學設(shè)計，在減少雜散光和最大化光學分辨率的同時，提高吞吐量和穩(wěn)定性。歐洲項目“檢查”證明了這一領(lǐng)域的發(fā)展，在該項目中，研究人員開發(fā)了兩類分光計系統(tǒng)：基于衍射光學的緊湊立方英寸分光計和基于Si的三層波導技術(shù)的分光計系統(tǒng)，將分光計集成到光子積分器上。TED電路另外，基于發(fā)光材料的固態(tài)激光激勵，研制出一種新型的寬帶光源。新一代經(jīng)濟高效的解決方案為手術(shù)室內(nèi)的外科醫(yī)生、咨詢室的醫(yī)生和遠程醫(yī)療中心的臨床醫(yī)生帶來了光譜傳感。

除了生產(chǎn)緊湊型分光計外，制造商還提供為特定解決方案設(shè)計的面向應用的產(chǎn)品，而且這些產(chǎn)品非常容易被非分光計專家使用。

10. 智能工廠

4.0智能工廠,行業(yè),互聯(lián)網(wǎng)Thingsa”這些都是相對較新的術(shù)語描述現(xiàn)代的生產(chǎn)方式。今天我們′重新生活在′被稱為第四次工業(yè)革命,因此工業(yè)4.0。第一次革命見證了早期由水和蒸汽驅(qū)動的機械化。在第二階段，大規(guī)模生產(chǎn)開始于電力運行的裝配線。第三是計算機化和自動化的新浪潮。今天，第四次革命包括通過互聯(lián)網(wǎng)和云計算連接的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)。

光技術(shù)通過提供光通信、3D視覺系統(tǒng)、智能激光器、光學傳感器、光纖、機器人和自主系統(tǒng)等發(fā)揮著核心作用。真正的智能工廠是由當今最先進的光技術(shù)融合而成的。

在裝配展上，TechCon展示了一個智能點膠機器人，它融合了智能工廠的許多要素：自動執(zhí)行特定的應用程序，它有基于PC的軟件，使其易于編程和操作，它的視覺系統(tǒng)允許它糾正零件錯位，模式識別有助于縮短編程時間。它有以太網(wǎng)和WiFi接口，因此可以從世界任何地方進行配置、監(jiān)控和控制。

每個趨勢都代表著重要的發(fā)展、廣泛的應用以及擴大機會的希望。這十大趨勢共同突出了光技術(shù)在我們生活的各個方面的重要性，它們必將在未來發(fā)揮越來越大的作用。

本文由Novus Light Technologies Today執(zhí)行主編安妮?費舍爾(Anne Fischer)撰寫。