一、中心基本情况

“量子传感与应用系统技术创新中心”隶属于北京航空航天大学大科学装置研究院，由房建成院士亲自指导组建。本中心以国家重大科技基础设施和合肥国家实验室等重大项目中小型化传感器研发为主要任务，重点开展基于微纳工艺的量子传感与应用系统技术以及核心器部件研究，实现核心指标引领的同时降低传感器成本与体积，支撑重大心脑疑难病症的发病机理、惯性测量与智能导航、健康监测及磁异常探测等科学技术研究。

二、组织架构与人员情况

量子传感与应用系统技术创新中心下设5个专业技术研究所，分别为微纳器件与工艺研究所、小型化高性能激光器研究所、集成光子学研究所、芯片化原子磁强计集成研究所和集成化电子学控制研究所。

本中心现有教师9人，博士生37人，硕士生24人，国家级杰出人才1人，国家级青年人才1人，具有一支专业齐备人员层次合理的专职科研队伍。

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。

                       （a）微纳气室                                                          （b）无磁加热线圈

（2）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

（3）集成光子学研究所

本研究所聚焦量子传感技术前沿，致力于开发高性能集成光子学器件及系统，为芯片级量子传感器提供高效、稳定的光学解决方案。研究重点涵盖硅基光子集成技术、光学微腔、可调谐光学滤波器、非线性光学芯片、微纳集成光源封装及无源光学器件。针对芯片化原子磁强计、集成光学陀螺仪等量子传感系统对光学部件的高集成度、低损耗与高稳定性的需求，本所已成功研制出高品质因子光学微腔、片上窄线宽激光器、低损耗光波导及集成调制器等核心部件，实现了对量子传感系统的精确光学操控。同时，研究所探索集成光子学、集成光电子及芯片级纳米制造的深度融合，推动量子传感器的全面芯片化集成，从而实现体积的显著缩减与低成本量产。未来将进一步拓宽集成光子技术在量子精密测量、片上光子回路和多功能光学传感等领域的应用，持续提升量子传感器的稳定性、灵敏度及集成度，助力高分辨率医学磁成像、微型定位授时导航及可穿戴医疗监测等产业的技术升级和应用落地。

（a）超透镜示意图；（b）扫描电子显微镜（SEM）下的超表面微观结构；（c）无磁封装VCSEL；（d）芯片集成无磁加热线圈

（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

（5）集成化电子学控制研究所

本研究所专注于量子传感核心器件的配套电控系统研发，围绕软硬件协同设计构建技术体系。硬件方面，研究所基于FPGA架构优化多通道同步输出技术，开发低噪声电流驱动模块，支持激光器与磁补偿线圈的精准控制。服务量子传感器的各个组件，其恒流源输出范围覆盖毫安至安培级，并通过慢启动电路抑制瞬态冲击电流以保障稳定性。针对微弱信号检测，集成跨阻放大器与高速模数转换模块，实现高信噪比的实时数据采集。此外，研究所设计了高密度功率管理模组，采用模块化结构集成电源管理为各个子系统提供洁净的供电。软件研发则聚焦智能算法与系统集成，结合自抗扰控制技术开发激光恒功率输出模式，实现小时级的长时稳定。在系统集成层面，研究所采用多通道协同管理架构，实现基于阵列式磁强计的高灵敏度磁场同步检测，适用于高分辨率磁场三维重构的需求。目前，本所的研发成果已应用于心脑磁成像设备，已完成临床技术验证，形成从底层电路到上层算法的全栈技术能力，为国产化高端医疗装备提供高可靠解决方案。

集成激光器电控系统