一、中心基本情况

随着量子光学、原子物理等的快速进步，基于磁、光与原子相互作用的量子精密测量技术得到了飞速的发展。量子测量作为基本物理量标定基准先天具有高精度的优势，利用微电子、光电子技术研制基于量子精密测量技术的芯片级量子传感器，可同时实现高精度和芯片化，将引领下一代传感器产业的发展，带来传感器技术的革命。

芯片化量子传感（共性技术）工艺技术创新中心是大科学装置研究院下属五个技术创新中心之一，本中心围绕国家经济主战场和人民生命健康领域，开展微纳器件与工艺、芯片化集成光子学等量子传感器核心器部件与芯片集成技术研究。

二、组织架构与人员情况

量子传感技术创新中心下设4个专业技术研究所，分别为微纳器件与工艺研究所、芯片化集成光子学研究所、小型化高性能激光器研究所、芯片化原子磁强计集成研究所。

本中心现有教师7人，博士生26人，硕士生16人，具有一支专业齐备人员层次合理的芯片量子传感器专职科研队伍。

三、研究方向与进展

（1）微纳器件与工艺研究所

本研究所针对量子传感技术创新中心研制微纳光机电与光电子集成样机，主要开展的工作包括：微纳碱金属原子气室、无磁电加热膜、磁场调控线圈等微纳器件的研制。集成样机以碱金属原子为核心敏感源，工作在特定的原子数密度以及低外界磁场条件下，达到SERF（无自旋交换弛豫）态。无磁电加热膜加热碱金属原子，减少引入干扰磁场。磁场调控线圈维持零场环境，同时对原子系综施加调制作用。原子磁强计在fT量级灵敏度前提下，向微纳集成方向发展，能大幅缩小传感器体积，减小传感器功耗，提升磁成像空间分辨率。芯片集成是量子传感器发展的重要方向，将有力支撑未来量子传感产业应用。

（2）芯片化集成光子学研究所

本研究所旨在研制完全自主研发的芯片化集成光学器件，包括有源器件和无源器件，进而为多种芯片集成原子气室及芯片集成原子磁强计提供理论及技术支持。针对以上需求，本研究所主要的研究方向包括微纳集成光源封装、微纳集成无源光学器件（含偏振和非偏振光学器件）等，融合集成光子学、集成光电子以及芯片集成纳米制造等多项前沿科技与量子传感技术，开辟未来芯片集成量子精密传感领域，探索将多种量子传感仪器进行芯片集成从而实现体积跨越式缩减与低成本量产的可行性。芯片集成量子精密传感是量子传感器的重要发展方向，也是相关产业的迫切需求所在，其发展将有力支撑未来量子传感产业应用，如高分辨率医学磁成像系统、微型定位授时导航系统以及微型可穿戴医疗监测系统等。

（3）小型化高性能激光器研究所

本研究所针对量子传感技术创新中心研制阵列式芯片化原子自旋磁强计和芯片化核磁共振陀螺仪等量子传感系统对激光光源和激光测试的需求，研制小型化高性能半导体激光器、核心光学器部件、激光性能测试仪器等。目前研制的小型化边发射激光器已基本定型，用于阵列式芯片化原子自旋磁强计；研制的光隔离器和垂直腔面发射激光器驱动器的性能已优于国外商用产品，可实现替代。后续将进一步研制集成化、小型化、高性能的激光器和光学器部件，并研制激光波长计、线宽测试仪等激光测试仪器，支撑量子传感技术的研制和应用。

研制的小型化边发射激光器和光隔离器

（4）芯片化原子磁强计集成研究所

磁场测量原理的变革往往带来灵敏度质的突破，本研究所重点研究的基于SERF效应的芯片化原子自旋磁强计，可在fT量级灵敏度前提下，大幅缩小体积，形成阵列式磁测量装备，从而实现对弱磁信号的高信噪比检测，在深空深地探测、基础物理学研究、医疗极弱心脑磁功能信息成像应用领域发挥了重要作用。随着原子磁强计等量子传感器对体积的要求越来越高，微小型化、超低功耗、芯片级系统集成是原子磁强计等量子传感器的发展趋势。目前已研制出芯片化单光原子磁强计和芯片化双光束原子磁强计，全面对标国外公司磁强计产品。

芯片化原子磁强计