浅析欧盟第七框架计划中的光子学研究

1、浅析欧盟第七框架计划中的光子学研究来源：科学新闻 发布时间：2007-10-18目 录一、欧洲光子学与欧洲光子学组织1二、欧盟光子学研发投入2三、信息与通讯技术领域中的光子学研究2（一）光子学元件与子系统2（二）未来网络3（三）新范例和实验设施4（四）未来与新兴技术（fet）4（五）有机大面积电子可视化显示系统5四、纳米科学与技术、材料与新生产技术领域中的光子学研究5（一）用于电子学和光子学领域的有机材料5（二）具有特定磁性的纳米结构材料6（三）聚合物的柔性高效加工6（四）小系列工业产品的快速制造7（五）三维纳米表面高品质工业产品的制造工艺和设备7（六）微制造技术与设备7经过欧洲光子学组织和欧

2、洲众多光子学企业的共同努力，光子学研究在欧盟的第七个框架计划中已经有了稳定的地位，无论是预算经费还是研究项目数量都较以前有了大幅增长。fp7中的光子学研究主要集中于fp7十大主题中的信息与通信技术和纳米科学与技术、材料与新生产技术这两大领域，分为光子学元件与子系统、未来网络等11个方向。 一、欧洲光子学与欧洲光子学组织 光子学的重要性在于它对汽车、医学、信息和通讯技术等主导产业的杠杆作用，未来这些产业的生产能力和竞争能力在很大程度上依赖于光子学的研发投入和实际应用。目前，光子学直接为欧洲提供的就业机会就多达20万个，并且这一数目正在急速增长。近年来，欧盟也越来越重视对光子学研究的投入。 欧洲光

3、子学组织（photonics21）于2005年12月2日在布鲁塞尔正式成立。作为欧洲现有31个技术平台中的一个，photonics21是欧洲光子学领域工业企业和其他利益相关者的一个自愿组织。它的主要职责是：协调来自教育、基础研究、应用研究等各领域的众多光子学产业贡献者之间的研发行动；协调欧洲、国家和地区层面上的光子学研发投资；负责在欧盟第七框架计划（fp7）范围内为光子学争取更多的研发资金。 photonics21为欧洲光子学产业的所有参与者提供了一个讨论平台。通过吸收来自工业界、研究机构、政府机构、专业组织等领域的成员，photonics21引领欧洲光子学研究走向实用，成为欧盟和产业界之间交

4、流的窗口。截至目前，photonics21已经拥有来自21个欧盟成员国和6个其他国家的500多个成员。 自从成立以来，photonics21就致力于建立欧洲光子学长远发展的坚实基础，并于2006年4月发布了欧洲首个光子学战略研究议程通向欧洲光明的未来。经过photonics21的努力，其提出的许多议题已被欧盟执委会研究总署中的其它8个单元采纳到生命科学和制造技术等具有巨大发展潜力的领域的重大研究项目之中。 二、欧盟光子学研发投入 经过photonics21和欧洲众多光子学企业的共同努力，光子学研究在欧盟的第七个框架计划中已经有了稳定的地位。根据photonics21在其发布的战略研究议程中提出

5、的建议，欧盟委员会将在信息社会总署中成立一个独立的部门来负责光子学领域的研究，同时在2007-2008年将使能技术基金增加部分的40%（约9000万欧元）用于光子学研究。这对于photonics21和欧洲众多的光子学企业来说，都将会带来积极和深远的影响。 1、fp7经费总体情况 与以往框架计划相比，fp7具有以下特点：持续时间加长，由以往的5年增加至7年；经费投入大幅增长，fp7的经费投入将超过500亿欧元，几乎是fp6经费投入的3倍；新的项目组织模式，包括合作（cooperation）、自主课题（ideas）、人力资源（people）、能力建设（capacities）及联合研究中心的非核行动

6、（non-nuclear actions of the joint research centre）五部分，其中“自主课题”是fp7新提出的项目模式；更加重视基础研究，每年大概有10亿欧元的经费投入；首次加入了“社会经济科学和人文科学”专题；申请程序更加简化；财务模式更加灵活。 根据欧盟框架计划网站（cordis）于2006年11月公布的最新数据，fp7具体的经费配置如图3所示。 2、欧盟光子学研发经费投入 近年来，欧盟在光子学研究领域的投入大幅上升。如图4所示，fp5中，欧盟平均每年在光子学元件与子系统领域的研发投入为1400万欧元；fp7中，这一数据将增长到4800万欧元。 三、信息与通讯

7、技术领域中的光子学研究 （一）光子学元件与子系统 1、目标与成果 （1）多应用领域的核心光子学元件与子系统：高性能激光器；应用于信息和通信及普通照明的高亮度节能固态光源；高性能和特定功能的光学纤维；高性能图像传感器；原理创新型传感器。 （2）对欧洲具有战略重要性且可以驱动光子学技术发展的应用于特殊领域的光子学元件与子系统：真正低成本高效的每通道40 gb/s或更高的宽带核心网络；可升级的、面向未来的经济宽带接入和局域网；微创医疗诊断和预防；应用于环境、健康生活、安全等领域的传感器。 光子学元件及子系统的研究与技术发展还涵盖相关材料和制造技术（包括封装技术）以及相关光子学系统概念。 （3）底层技

8、术：集成制造技术：降低光子学元件和子系统的尺寸、成本，改进性能、可制造性和可测试性，增加功能集成度，推进光/电融合的整体性方法；设计方法和工具：改善光子学元件设计质量和效率的广泛适用的整体性设计方法，包括建模、模拟和表征。 （4）配套措施：欧洲供应商的原型器件、子系统和设备的用户联合评价；先进光子学研究与技术发展能力和活动的网络化、集成化和结构化。 （5）支撑措施：利用专业技术中心和工厂推动先进技术的发展；提高年轻人在光子学领域的择业兴趣，鼓励大学生跨国教育计划；通过路线图、建立共识、协同成员国及相关国家以及国际合作支持研究与技术发展战略。 2、预期影响 成就欧洲工业在高值光子学产品中的领导地

9、位；开发新光子学产品，应用于通信、卫生、健康生活、环境和安全等重点工业领域；保持欧洲在光子学元件、系统研究和技术开发中的领导地位，确保设计、生产和使用新一代光子学元件所必需的人力资源与技术。 3、资助计划 “多应用领域的核心光子学元件与子系统”、“应用于特殊领域的光子学元件与子系统”、“底层技术”这三部分将纳入合作项目（collaborative projects，cp）；“配套措施”将纳入合作项目与卓越网络项目（networks of excellence，noe）；“支撑措施”将纳入协调与支撑行动（coordination and support actions，csa）。 2007-20

10、08年度，光子学元件与子系统领域的预算经费约为9000万欧元。根据资助计划，分配如下：合作项目7600万欧元，其中大规模集成项目（large-scale integrating projects，ip）至少2600万欧元，中小型重点研究行动（small or medium-scale focused research actions，strep）至少3000万欧元；卓越网络项目900万欧元；协调与支撑行动500万欧元。 （二）未来网络 1、目标与成果 （1）无所不在的网络基础设施和体系：不同移动和宽带网络技术的集成与协同；灵活高效的无线电接入使从短程到广域网的宽带移动服务无所不在；无障碍的宽带

11、接入、优化协议和路径的超高速终端连接；环境感知；核心和边缘网络间的信息量优化处理；可扩展性。 （2）未来网络基础设施和体系的最优控制、管理和灵活性，支撑向认知网络进化并能够：实现端到端的网络和服务无缝组合以及跨多个操作站和业务领域的运作；有效支撑各种服务和要求；管理具有间歇连通需求和时变网络拓扑的点对点通讯的新形式；实现集中或分散控制的多种接入技术服务的智能分配。 （3）未来网络技术和系统体系结构，旨在克服当前因特网容量、架构和协议的可预料的长期局限性，受以下需求驱动：广泛移动性；装置、服务属性和应用环境方面的可扩展性需求；安全性；信任域等。 （4）协调与支撑行动：路线图和会议支持；相关国家或

12、区域项目和创新计划的协调。 2、预期影响 建立新一代无所不在的极高容量网络和服务机构的全球标准，这将支持集成、完全的协同、数量巨大且种类繁多的器件、新服务和复杂的用户需求。 增强欧洲工业在有线和无线网络领域的领导地位；开展各部门之间更强的协同合作，为新的商业模式做贡献。 为欧洲提供新的工业/服务机会，特别是在互联网技术领域，欧洲尚未达到与其科技潜力相称的地位。 3、资助计划 “无所不在的网络基础设施和体系”将纳入合作项目；“未来网络基础设施和体系的最优控制、管理和灵活性”和“未来网络技术和系统体系结构”将纳入卓越网络项目；在协调与支撑行动部分，“路线图和会议支持”将纳入特别支持行动（speci

13、fic support actions，ssa），“相关国家或区域项目和创新计划的协调”将纳入协调行动计划（coordination action，ca）。 2007-2008年度，未来网络领域的预算经费约为2亿欧元。根据资助计划，分配如下：合作项目1.8亿欧元，其中大规模集成项目至少8400万欧元，中小型重点研究行动至少4200万欧元；卓越网络项目1400万欧元；协调与支撑行动600万欧元。 （三）新范例和实验设施 1、目标与成果 （1）基于新体系结构和协议的先进组网方案，以应对网络日益增加的规模、复杂性、移动性，满足未来互联网对安全性、弹性和透明度的需求，以及在基于现实和“虚拟”基础设施的

14、大规模测试环境中对这些性能的验证。 （2）互联试验台（interconnected test beds），包括新型分布式可重构协议体系，新型分布式服务体系结构、基础设施和软件平台，先进的嵌入式或叠置式安全、信任与身份管理体系结构与技术。 2、预期影响 （1）巩固欧洲在未来互联网发展进程中的地位； （2）拓展网络与服务基础设施相关的技术发展； （3）通过向第三国（third countries）提供互联试验台，产生全球一致的标准，加强国际合作； （4）通过互联试验台为电子服务提供可信任入口，以更好地保证互联网的安全使用。 3、资助计划 这部分的项目将相应地纳入合作项目、卓越网络项目、协调与支撑行

15、动进行资助。 2007-2008年度，新范例和实验设施领域的预算经费约为4000万欧元。根据资助计划，分配如下：合作项目3600万欧元，其中大规模集成项目至少1200万欧元，中小型重点研究行动至少1500万欧元；卓越网络项目300万欧元；协调与支撑行动100万欧元。 （四）未来与新兴技术（fet） 1、目标与成果 人们所面对的挑战是对新的技术方向及时地予以鉴定与证实，包括那些拥有巨大潜力、可望取得重要突破的方向，及可能成为未来信息与通信技术及创新基础的方向。对于产业发展仍然存在重大障碍又无法用渐进方法来解决的领域来说，这一点尤为重要。 研究将包括对于未来与新兴ict相关技术的新方法或替代方法的

16、根本性跨学科探索，其目的在于对理论上的、方法上的、技术上的与/或适用的ict范例进行根本性再思考。这将为开辟全新领域或在那些从未被怀疑过的领域阐释新的可能提供概念验证。通过支持与改进前瞻性理念并将其发展到能够吸引业界投资的成熟阶段，以及帮助新的跨学科研究团体成为未来更具有竞争力的研究与技术发展的重要据点，这种研究将在新的领域进一步建立可信而强大的技术基础。 2、预期影响 fet研究持续时间长且风险大，不过，有明确的目的导向。它的根本目的来自于ict计划的广泛背景，并至少会以两种方式对ict产生明显的积极作用。 首先，由于涉及广泛的需求、机遇与对策，它避免了ict研究受狭隘观点拘束的风险，并且可

17、以在早期指出ict研究的方向和机遇（fet开放计划，fet-open）；其次，它将扮演未来发展方向探路者的角色。在这些方向上，ict计划连同业界有望创造欧洲长远发展中极其关键的阶段（fet前瞻计划，fet proactive）。ict领域面临的基础性长期挑战推动着这些方向的发展，它们将是欧洲未来技术长期可持续发展的关键。 这些研究将为未来的技术与创新打下科学与技术基础，例如知识、技术诀窍和充满活力的研究团队等。 3、资助计划 这部分的项目将相应地纳入合作项目、协调与支撑行动进行资助。 2007-2008年度，未来与新兴技术领域的预算经费约为1.85亿欧元，分为两部分：fet开放计划（6500万

18、欧元），fet前瞻计划（1.2亿欧元）。 根据资助计划，在fet开放计划中，合作项目（仅资助中小型重点研究行动）6100万欧元，协调与支撑行动（仅资助协调行动计划）400万欧元；在fet前瞻计划中，将按“纳米级ict器件与系统”、“ict的普适性”、“生物技术与ict的融合”、“社会智能ict复杂系统科学”、“具体化的智能”、“ict forever your”等6个主题进行资助，每个主题2000万欧元。 （五）有机大面积电子可视化显示系统 1、目标与成果 （1）有机大面积技术：具有逻辑、记忆和发光功能的电子纸，智能标签，低功耗无线射频识别技术（rfid），“芯片上的实验室”器件，智能封装、显

19、示、签名与智能照明系统。 重点领域：大面积、低功耗印刷等生产技术（包括附加处理过程与相关材料），新器件结构，电路设计的高级建模、模拟与表征，集成芯片的封装、互联，新式传感技术，新式能量储存技术等。总体上，制造领域需要注意的方面包括：成本、资本投资与环境影响。 （2）先进可视化系统与新型显示技术：新的可视系统拥有超越目前技术发展水平的色彩和动态范围，将人类视觉与感知模式考虑了进去。它们支持多画面、自由三维视景，并且具有自然交互特征。这包括了三维系统的信号采集、处理和表现技术。更进一步的技术成果将是便携式显示系统，如柔性与/或透明设备、节能显微投影仪和轻型高分辨率视觉眼镜等。 2、预期影响 在大面

20、积电子技术和印刷电子技术方面：（1）加强欧洲在这一极具发展前途的技术领域中的领导地位，使传统工业从这些领域的发展中获益；（2）确立新的市场与新的制造模式，为当地创造新的就业机会；（3）新一代电子设备将为人们提供新的使用机会。 在可视化与显示系统方面：（1）加强欧洲的科技与商业地位，为专业和消费市场带来突破和创新性的解决方案；（2）扩大三维视景在专业应用、电影、电视和游戏等领域中的应用。 3、资助计划 这部分的项目将相应地纳入合作项目、卓越网络项目、协调与支撑行动进行资助。 2007-2008年度，有机大面积电子可视化显示系统领域的预算经费约为6300万欧元。根据资助计划，分配如下：合作项目57

21、00万欧元，其中大规模集成项目至少1400万欧元，中小型重点研究行动至少2200万欧元；卓越网络项目300万欧元；协调与支撑行动300万欧元。 四、纳米科学与技术、材料与新生产技术领域中的光子学研究 2007-2008年度，纳米科学与技术、材料与新生产技术领域的总预算经费约为5.7849亿欧元。根据资助计划，配置如下：大型项目（large projects）2.95亿欧元，其中2007年2亿欧元，2008年0.95亿欧元；小型项目（small projects）1.5亿欧元，其中2007年1.0477亿欧元，2008年0.4523亿欧元；面向中小型企业的项目（sme-targeted proj

22、ects）0.75亿欧元，其中2007年0.44亿欧元，2008年0.31亿欧元；协调与支撑行动（csa）0.15亿欧元，全部集中在2007年；era-net计划0.08亿欧元，全部集中在2008年；其它0.3549亿欧元，全部集中在2007年。 （一）用于电子学和光子学领域的有机材料 1、技术内容与范围 有机材料正在显示其在电子和光子产业的巨大潜力。对基于电子学和光子学的聚合物技术的新发展（例如柔性显示技术和照明）以及相关的光电创新，在很大程度上都依赖新型有机材料的开发。 有机材料的研究应集中于提高材料的性能，特别是要能够进一步发展低成本加工并满足大面积需求。研究项目应瞄准开发具有特定电子学

23、、光学和传感特性的纳米结构有机多功能材料，这些材料的应用包括：用于电子标签的柔性有机器件、电子纸、光电器件、发光二极管、太阳能电池、显示器以及激励响应材料（传感器和驱动器）等。控制纳米尺寸材料的结构是很重要的，它能够增加载流子迁移率、进行光谱（发射和吸收）调谐、界面匹配（interface matching）、提高寿命和可靠性等。 材料加工技术值得注意的方向包括图案蚀刻、多层膜、自组装、分子分离与识别、气相生长、选择性激光测量等技术和表面与界面沉积的低成本、低温解决方案等，例如软光刻、浸润笔刻蚀、自组装单层膜和分子印迹等技术。 2、预期影响 通过发展高性能、低成本的有机电子和光子器件提升光电子

24、产业的竞争力；通过控制自热解进行光伏发电以提升效率和稳定性。 3、资助计划 这部分的项目将纳入大规模集成项目进行资助。 （二）具有特定磁性的纳米结构材料 1、技术内容与范围 磁光电子（magneto-opto-electronics）是一个新兴的领域，它能使电荷自旋，就像具有磁性一样，可用于新型器件的实现。对纳米体系中的磁现象以及光学及电子现象的耦合的认识依然有限，但对信息社会已显示出巨大潜力。 磁性纳米结构材料的研究应提出超越当前技术发展水平的解决方案，例如自旋电子、磁数据存储/加工、光子学与传感器的医学应用。纳米结构材料研究的对象包括分子磁铁、磁性纳米微粒、复杂几何学，例如核-壳结构、工程

25、高极化自旋电子源、由电场、电流或光完成操纵和磁化的系统、磁阻材料或磁致伸缩材料、稀磁半导体。 2、预期影响 具有特定磁性的纳米结构材料的研究将对磁数据存储和处理、扫描仪、自旋电子、光子、用于医学和其他领域的传感器等产生重大影响。 3、资助计划 这部分的项目将纳入中小型重点研究项目进行资助。 （三）聚合物的柔性高效加工 1、技术内容与范围 能源和原材料成本的增加正改变着世界聚合物材料和塑性加工市场。相对于当前的塑性加工来说，自然进料（natural feed stocks）等替代技术的竞争力日益增强。节能加工方法（例如微波）的采用和原材料的多样性对于该领域的根本性创新至关重要。由于资源节约，新的

26、特种聚合物加工方法能从根本上降低成本。 该领域的研究项目应集中于寻找以环境友好方式对智能材料进行柔性和节能加工的方法（节约资源和特定应用）。这项研究需要致力于高效加工（如集成处理、清洁和表面处理、激光精确微处理）以及塑性加工可替代能源和聚合物材料（如紫外、微波、光学微加工）的应用，不包括聚合物纳米复合材料。 2、预期影响 面对当今全球市场，欧洲的聚合物加工需要高效和灵活地与世界其他国家和地区进行竞争，并承受能源和原材料供应的压力。通过该领域的研究，有望开发出新的低成本、低能耗聚合物加工方法，例如自然进料和可再生资源的使用。 3、资助计划 这部分的项目将纳入面向中小型企业的项目（sme-targ

27、eted projects）进行资助。 （四）小系列工业产品的快速制造 1、技术内容与范围 快速制造（rapid manufacturing，rm）的概念是基于中小批定制零部件和产品自动化生产的固体无模（solid freeform）制造技术（不需要借助特殊的模型和工具）而提出的。快速制造工艺仍然没有在生产环境中很好地建立起来，因此目前对于定制零部件和器件的市场需求只有很少的快速制造解决方案。快速制造是一个交叉领域，需要设计、材料、工艺和信息与通信技术的紧密结合。快速制造概念的实现将促进产品从批量生产向个人/用户定制的转变。这项研究应集中于综合材料设计与仿真的快速制造工艺的创新，确保真正个性化部件制造的功能性、过程优化、可重复性和“一次成功”（first time right）、可持续制造。 2、预期影响 预计技术壁垒的破除将为快速制造技术大规模进入高附加值产品市场打开通路（在未来的5-10年内取代5-15的常规生产技术），在很多行业可大大缩短生产和上市时间，例如汽车、航空宇宙、仪器、备件（spare parts）、消费品和微机电系统（mems）等行业。 3、资助计划 这部