2020年度中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展揭曉

2021年4月25日，首屆光學(xué)前沿高峰論壇暨2020年度中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展頒獎(jiǎng)典禮在杭州舉行，量子糾纏光源、熒光成像、金屬鈉等離激元等10項(xiàng)基礎(chǔ)研究，激光聚變、光學(xué)雷達(dá)遠(yuǎn)距離成像、光譜氣體檢測(cè)等10項(xiàng)應(yīng)用研究成功入選“2020年度中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”。

“中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選活動(dòng)由《中國(guó)激光》雜志社發(fā)起，至今已成功舉辦15屆，旨在促進(jìn)中國(guó)優(yōu)秀光學(xué)研究成果的廣泛傳播，推動(dòng)中國(guó)光學(xué)事業(yè)的發(fā)展。憑借高學(xué)術(shù)水平的候選成果，以及嚴(yán)格公正的評(píng)審機(jī)制，這一獎(jiǎng)項(xiàng)備受業(yè)界認(rèn)可，具有高度的公信力和影響力。

2020年度評(píng)選活動(dòng)經(jīng)過(guò)首輪推薦、初評(píng)、終評(píng)3個(gè)環(huán)節(jié)，48位評(píng)審專(zhuān)家綜合考慮候選成果的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，并以無(wú)記名投票方式選出20項(xiàng)優(yōu)秀的光學(xué)成果。

名單如下：（排名不分先后）

基礎(chǔ)研究類(lèi)

1.基于超構(gòu)透鏡陣列的高維量子糾纏光源

量子信息是目前國(guó)際上最前沿、最活躍的研究領(lǐng)域之一，超構(gòu)表面的研究與發(fā)展為量子光源及光量子信息技術(shù)的發(fā)展提供了一條全新的路徑。

由南京大學(xué)祝世寧院士、王振林教授、張利劍教授和王漱明副教授團(tuán)隊(duì)、香港理工大學(xué)蔡定平教授團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)任希鋒副教授團(tuán)隊(duì)和華東師范大學(xué)李林研究員組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通力合作，通過(guò)結(jié)合超構(gòu)透鏡陣列與非線性晶體，成功制備出高維路徑糾纏光源和多光子光源。

2.發(fā)現(xiàn)并揭示莫爾晶格中波的演化規(guī)律

發(fā)現(xiàn)并揭示莫爾晶格中波的演化規(guī)律

各種波，不管是聲波、水波，還是電磁波、引力波、物質(zhì)波，總是傾向于向周?chē)鷶U(kuò)散。因此，控制波的擴(kuò)散使其局域在某個(gè)有限的空間之內(nèi)是一個(gè)長(zhǎng)期存在的重要科學(xué)問(wèn)題。以光學(xué)中光波的局域?yàn)槔藗兲岢隽烁鞣N各樣的局域機(jī)制：基于光纖的全反射、基于光子晶體的能帶帶隙、基于隨機(jī)系統(tǒng)的安德森局域，以及基于非線性光學(xué)材料的局域機(jī)制。

最近，以光波的局域?yàn)槔?，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院葉芳偉課題組與陳險(xiǎn)峰課題組合作，率先發(fā)現(xiàn)并揭示了一種新的波包局域機(jī)制：基于莫爾晶格的極平帶結(jié)構(gòu)。該發(fā)現(xiàn)具有重要的物理意義和廣泛的適用性。

3.亞納米分辨的單分子光致熒光成像

用光實(shí)現(xiàn)原子尺度空間分辨一直是納米光學(xué)領(lǐng)域追求的終極目標(biāo)之一。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)院士團(tuán)隊(duì)的董振超研究小組，將成像空間分辨率大幅提升，推進(jìn)至0.8nm的亞納米分辨水平，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了亞分子分辨的單分子光致熒光成像，為在原子尺度上展現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、揭示光與物質(zhì)相互作用本質(zhì)提供了新的技術(shù)手段。

4.狄拉克渦旋拓?fù)涔馇?/h3>

中國(guó)科學(xué)院物理研究所光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室L01組陸凌研究員等人的團(tuán)隊(duì)與合作者，理論提出并且實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一種全新的拓?fù)涔庾泳w微腔，不但可以支持任意簡(jiǎn)并度的腔模，而且是目前已知光腔中，大面積單模性最好的。

這個(gè)拓?fù)涔馇惶钛a(bǔ)了半導(dǎo)體激光器在選模腔體設(shè)計(jì)上的空白，為下一代高亮度單模面發(fā)射器件提供了符合商用激光器歷史規(guī)律的新發(fā)展方向，對(duì)激光雷達(dá)和激光加工等技術(shù)有潛在的積極意義。

5.單分子回聲

聲波的回聲是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，當(dāng)聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，將被反射形成回聲?；芈暚F(xiàn)象在很多方面都有著非常重要的應(yīng)用，例如：利用電子自旋回聲進(jìn)行核磁共振成像。

華東師大精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)利用超快飛秒激光和符合探測(cè)技術(shù)，首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了單分子體系內(nèi)的超快振動(dòng)回聲。

6.金屬鈉：助推等離激元光子器件走向應(yīng)用

表面等離極化激元，是光與金屬表面自由電子集體振蕩耦合形成的一種元激發(fā)，在微納光子器件和光子集成、超分辨成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.為實(shí)施培訓(xùn)提供各種基礎(chǔ)素材。通過(guò)需求分析，可以收集企業(yè)基層、企業(yè)員工的素材，如工作手冊(cè)、崗位責(zé)任制度、各種規(guī)章制度、工作程序等，有些素材進(jìn)行加工后，就能形成較好的案例教學(xué)，可以對(duì)培訓(xùn)教材進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

南京大學(xué)朱嘉、周林、祝世寧團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)馬仁敏等在金屬鈉等離激元光子器件研究方面有了重要突破。基于液態(tài)金屬旋涂技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)首次展示了金屬鈉微結(jié)構(gòu)的制備和近紅外波段室溫低閾值納米激光器。堿金屬本征的低損耗特性和獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)，將有力地推動(dòng)新型等離激元功能器件的發(fā)展。

7.時(shí)空光渦旋與光子橫向軌道角動(dòng)量

時(shí)空光渦旋與光子橫向軌道角動(dòng)量

光子角動(dòng)量在光與物質(zhì)相互作用中發(fā)揮重要影響。上海理工大學(xué)納米光子學(xué)團(tuán)隊(duì)首次從理論到實(shí)驗(yàn)展示了具有時(shí)空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動(dòng)量的新型光場(chǎng)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的光子軌道角動(dòng)量自由度。

8.放棄相位板，無(wú)需光學(xué)對(duì)準(zhǔn)也能產(chǎn)生相位渦旋光束

研究人員針對(duì)光的軌道角動(dòng)量的特點(diǎn)，正在努力實(shí)現(xiàn)基于軌道角動(dòng)量渦旋光束的通信、物質(zhì)探測(cè)、光學(xué)操控和微納加工等應(yīng)用。復(fù)旦大學(xué)光子晶體課題組首次提出利用光子晶體平板結(jié)構(gòu)的動(dòng)量空間偏振場(chǎng)奇點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生渦旋光束，并在實(shí)驗(yàn)上得到驗(yàn)證。

9.首次觀測(cè)到開(kāi)放量子體系中的非厄米趨膚效應(yīng)

北京計(jì)算科學(xué)研究中心薛鵬教授團(tuán)隊(duì)及合作者在實(shí)驗(yàn)上首次觀測(cè)到開(kāi)放量子體系中的非厄米趨膚效應(yīng)，并證實(shí)了非厄米體邊對(duì)應(yīng)原理。這一成果處于非厄米系統(tǒng)、拓?fù)湎嘧?、量子模擬等量子物理和凝聚態(tài)物理學(xué)前沿方向的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)，是拓?fù)湮飸B(tài)和開(kāi)放體系兩個(gè)方向的基礎(chǔ)性進(jìn)展，對(duì)新奇拓?fù)湫虻牧孔幽M及全面理解開(kāi)放體系拓?fù)洮F(xiàn)象有重要意義。

10.單層氮化硼聲子極化激元的直接觀測(cè)

國(guó)家納米科學(xué)中心戴慶課題組和北京大學(xué)高鵬課題組合作，將透射電鏡與納米光子學(xué)領(lǐng)域結(jié)合，利用透射電子顯微鏡中的電子能量損失譜直接探測(cè)到超高波長(zhǎng)壓縮的單層氮化硼聲子極化激元，將光波長(zhǎng)壓縮超過(guò)487倍，為超表面設(shè)計(jì)和超強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用提供了重要的研究基礎(chǔ)。

應(yīng)用研究類(lèi)

1.國(guó)際首輪間接驅(qū)動(dòng)高增益激光聚變快點(diǎn)火集成實(shí)驗(yàn)

慣性約束聚變因其有望解決全球能源問(wèn)題而備受矚目。中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心、北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所、中國(guó)工程物理研究院研究生院、國(guó)防科技大學(xué)、北京大學(xué)、深圳技術(shù)大學(xué)和上海光機(jī)所聯(lián)合室聯(lián)合組成的激光聚變研究團(tuán)隊(duì)在神光Ⅱ升級(jí)裝置上完成了國(guó)際首輪間接驅(qū)動(dòng)快點(diǎn)火集成實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了間接驅(qū)動(dòng)快點(diǎn)火創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的科學(xué)可行性。

2.大面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池

3.光學(xué)雷達(dá)遠(yuǎn)距離單光子成像

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、徐飛虎教授課題組在城市環(huán)境中通過(guò)平均每個(gè)像素點(diǎn)探測(cè)約一個(gè)信號(hào)光子，實(shí)現(xiàn)了距離達(dá)45km的單光子三維成像，創(chuàng)下了新的成像距離紀(jì)錄。該遠(yuǎn)距離單光子成像雷達(dá)系統(tǒng)在硬件端和軟件端均發(fā)展了適用于遠(yuǎn)距離成像的先進(jìn)技術(shù)。

4.超快激光三維操控透明材料內(nèi)部鈣鈦礦量子點(diǎn)的可逆生長(zhǎng)

超快激光三維操控透明材料內(nèi)部鈣鈦礦量子點(diǎn)的可逆生長(zhǎng)

華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/光通信材料研究所董國(guó)平課題組，利用飛秒激光輻照和熱處理實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦量子點(diǎn)在玻璃內(nèi)部任意位置的可控生長(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)了飛秒激光和熱處理操控鈣鈦礦量子點(diǎn)的可逆形成與發(fā)光，拓展了量子點(diǎn)在三維顯示、信息防偽，以及可擦重寫(xiě)超高密度信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

5.新型激光光熱光譜學(xué)氣體測(cè)量技術(shù)

痕量氣體檢測(cè)在環(huán)境、醫(yī)藥、石油化工、安防、航空航天等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。香港理工大學(xué)靳偉研究組、北京航空航天大學(xué)樊尚春研究組和北京工業(yè)大學(xué)汪瀅瀅、王璞研究組聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于光纖模式相位差探測(cè)的新型激光光熱光譜學(xué)氣體測(cè)量技術(shù)，使痕量氣體檢測(cè)下限達(dá)到萬(wàn)億分之一量級(jí)。

6.世界首例可用于數(shù)字相干光通信的高性能鈮酸鋰薄膜電光調(diào)制器芯片

中山大學(xué)蔡鑫倫教授團(tuán)隊(duì)與國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心肖希博士團(tuán)隊(duì)合作，在超高速電光調(diào)制器芯片的研究中取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了世界首例可用于數(shù)字相干光通信的高性能鈮酸鋰薄膜電光調(diào)制器芯片。

7.雙倍頻程展寬的芯片級(jí)光頻梳

光學(xué)頻率梳作為具有確定梳齒頻率間隔的光頻標(biāo)尺，在精密測(cè)量中發(fā)揮著極為重要的作用。北京大學(xué)物理學(xué)院、納光電子前沿科學(xué)中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖云峰教授和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組利用非對(duì)稱(chēng)光學(xué)微腔中的混沌輔助寬帶動(dòng)量變換，實(shí)現(xiàn)了覆蓋兩個(gè)倍頻程、450～2000nm超寬譜光梳的激發(fā)與高效率收集，打破了國(guó)際微腔光梳的譜寬紀(jì)錄，并且首次在混沌微腔中觀測(cè)到鎖模孤子脈沖存在的證據(jù)。

8.光矢量分析：超高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍、超寬帶

光器件是新一代光信息系統(tǒng)（光通信、光傳感、光處理、量子計(jì)算等）的基石。光矢量分析方法對(duì)光器件的研制、生產(chǎn)、檢測(cè)和應(yīng)用有著極為重要的作用。南京航空航天大學(xué)雷達(dá)成像與微波光子學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘時(shí)龍教授團(tuán)隊(duì)展示了一項(xiàng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高分辨率、超寬帶和大動(dòng)態(tài)范圍的光矢量分析方法。

9.真空光鑷實(shí)現(xiàn)單個(gè)微納粒子質(zhì)量和位置的高精度測(cè)量

微納尺度下的物理量的高精度測(cè)量一直是技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)，并制約著科學(xué)研究與應(yīng)用發(fā)展的前進(jìn)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)孫方穩(wěn)教授小組與新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授合作，基于真空光鑷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)微納粒子的高精度全光學(xué)的質(zhì)量和位置測(cè)量。

10.熒光轉(zhuǎn)換體的3D打印和無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)

熒光轉(zhuǎn)換型白光LED被廣泛應(yīng)用于背光顯示和普通照明，未來(lái)將應(yīng)用于道路照明、汽車(chē)照明和大尺寸顯示等領(lǐng)域。

浙江大學(xué)邱建榮教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種3D打印和無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)，用于快速制造量子效率高、顏色可調(diào)、物理化學(xué)性能優(yōu)異的熒光轉(zhuǎn)換體，實(shí)現(xiàn)了全無(wú)機(jī)熒光轉(zhuǎn)換體的增材制造，有望應(yīng)用于高功率LED和激光照明領(lǐng)域。