以光之名 創(chuàng)新奮進(jìn)
——應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

堅(jiān)持定位 發(fā)展特色

應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“應(yīng)光室”）是我國設(shè)立最早的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，依托單位為被譽(yù)為“中國光學(xué)的搖籃”的中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所。應(yīng)光室的主要?jiǎng)?chuàng)建者是新中國光學(xué)事業(yè)的奠基人、兩院院士王大珩先生。在王大珩先生等一批老一輩科學(xué)家的倡導(dǎo)和主持下，應(yīng)光室于1986年啟動(dòng)建設(shè)，1987年獲國家批準(zhǔn)，1990年順利通過原國家計(jì)委主持的驗(yàn)收。

30年來，應(yīng)光室的研究工作堅(jiān)持始終如一的定位。以高精度、超高精度為主線，在應(yīng)用光學(xué)的主要前沿領(lǐng)域中，一是解決國家戰(zhàn)略需求和重大產(chǎn)業(yè)、重大工程、重大科學(xué)裝置中的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)問題，攻克對(duì)應(yīng)的技術(shù)難關(guān)；二是在原理方法、工程技術(shù)、儀器裝備和集成示范等方面做出具有鮮明特色的創(chuàng)新研究成果，并不斷推向應(yīng)用；三是培養(yǎng)應(yīng)用光學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的高水平人才。

應(yīng)光室以超高精度光學(xué)加工、檢測等技術(shù)為核心，面向國家重大戰(zhàn)略需求和應(yīng)用光學(xué)前沿技術(shù)發(fā)展，開展高精度、超高精度應(yīng)用光學(xué)儀器、設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與裝備研發(fā)。堅(jiān)持滿足國家戰(zhàn)略需求與學(xué)科前沿技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)。致力于把實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為我國應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新研究基地和人才培養(yǎng)基地。長期以來，應(yīng)光室形成了3個(gè)主要的研究方向：短波光學(xué)、空間光學(xué)，以及前沿光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用。

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所正門

在短波光學(xué)上：應(yīng)光室面向高端光刻機(jī)國產(chǎn)化與產(chǎn)業(yè)化的迫切需求，開展代表當(dāng)前應(yīng)用光學(xué)發(fā)展極限水平的深紫外/極紫外（D U V/E U V）投影光刻光學(xué)技術(shù)研究；面向外層空間對(duì)地球的大氣環(huán)境監(jiān)測、短波空間成像探測等重大工程應(yīng)用需求，開展空間紫外/極紫外（UV/EUV）遙感探測技術(shù)研究，解決核心單元器件研制、空間極端環(huán)境下的可靠性與穩(wěn)定性等難題；面向第三代同步輻射軟X射線光譜分析的科學(xué)研究需求，重點(diǎn)開展高分辨能力光柵單色器和雙晶單色器關(guān)鍵技術(shù)研究，高精度大型壓彎機(jī)構(gòu)、高性能K B鏡聚焦系統(tǒng)、高精度光束整形設(shè)備研究。

在空間光學(xué)上：應(yīng)光室開展航天對(duì)地高分辨率成像技術(shù)研究；開展航天高分辨率高光譜遙感技術(shù)研究；開展空間對(duì)接瞄準(zhǔn)的空間目標(biāo)照明與成像技術(shù)研究；面向國家空間引力波探測計(jì)劃需求，開展超高精度空間激光干涉測量技術(shù)研究，發(fā)展皮米精度計(jì)量、檢測與標(biāo)定新技術(shù)與儀器，構(gòu)建超高精度研究團(tuán)隊(duì)與技術(shù)體系。

在前沿光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用上：應(yīng)光室面向大氣湍流校正和光場調(diào)控技術(shù)的需求，在液晶光學(xué)方向開展高速液晶材料、液晶光學(xué)調(diào)控器件及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的研究及其應(yīng)用；面向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)需求，在微納器件與系統(tǒng)方向開展微納傳感、光譜、超分辨成像等關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)理論研究；此外，實(shí)驗(yàn)室開展了計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)、等離激元光子學(xué)等新的學(xué)科方向，分別開展了云成像光學(xué)系統(tǒng)研究、壓縮感知成像技術(shù)、采用等離激元增強(qiáng)吸收的高性能非制冷紅外探測器等研究工作。

從精細(xì)至極的短波光學(xué)，到觀測視野廣闊的空間光學(xué)，再到以創(chuàng)新為動(dòng)力的前沿光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用，應(yīng)光室咬定青山，面向國家重大戰(zhàn)略需求和應(yīng)用光學(xué)前沿技術(shù)發(fā)展，向一個(gè)又一個(gè)難題發(fā)起沖擊，并收獲豐碩成果——“嫦娥三號(hào)”月基極紫外相機(jī)、“天宮二號(hào)”紫外臨邊成像探測儀、“風(fēng)云三號(hào)”廣角極光成像儀、離軸三反光學(xué)系統(tǒng)、“風(fēng)云三號(hào)”太陽絕對(duì)輻射計(jì)、便攜式的全血多參數(shù)快速自動(dòng)探測微流控分析系統(tǒng)與儀器、世界國際首套工程化應(yīng)用的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)……為我國精密光電儀器的發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。

面向未來 創(chuàng)新實(shí)干

2021年，應(yīng)光室再接再厲，腳踏實(shí)地做科研，繼續(xù)貢獻(xiàn)新成果。

傅里葉疊層顯微成像（Fourier ptychographic microscopy，F(xiàn)PM）是近年來發(fā)展起來的一種具有高分辨率、大視場的計(jì)算成像技術(shù)。應(yīng)光室提出單次全視場重建傅里葉疊層顯微成像。該工作首次將LED陣列照明光源與遠(yuǎn)心鏡頭結(jié)合在一起提供多角度的、等光強(qiáng)的平面波照明，實(shí)現(xiàn)了單次全視場高分辨率圖像重建。打破了傳統(tǒng)傅里葉疊層成像中多次重建的限制，使傅里葉疊層成像的高幀率動(dòng)態(tài)探測成為可能。

增加光與氣體相互作用的有效光程是提高激光氣體探測系統(tǒng)測量精度、靈敏度的關(guān)鍵技術(shù)之一。在應(yīng)光室開放課題的資助下，山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、應(yīng)光室和美國得州農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M University）天文與物理學(xué)院的研究人員在長光程吸收池及激光光譜氣體探測的合作研究取得新進(jìn)展。他們提出了一種基于共焦腔原理的中紅外長光程氣體吸收池，利用該共焦腔原理可操控激光光束在氣體吸收池內(nèi)的傳播長度（目前已實(shí)現(xiàn)580米有效光程）。研究者利用該吸收池，結(jié)合激光吸收光譜技術(shù)、波長調(diào)制技術(shù)，以及先進(jìn)數(shù)字濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種高靈敏度的甲烷氣體傳感器。該氣體吸收池的研制為下一步開展基于中紅外光學(xué)的高靈敏、快速人體呼氣測量研究奠定了基礎(chǔ)。

因?yàn)槭﹥?yōu)異的性質(zhì)，基于石墨烯的光電探測器引起了人們的廣泛關(guān)注。然而由于石墨烯無帶隙的性質(zhì)，石墨烯光電探測器的暗電流通常非常高，造成器件具有低的開關(guān)比和高的背景噪聲。因此，如何將暗電流降低到較低水平并保持優(yōu)異的光電檢測能力是石墨烯光電檢測器實(shí)際應(yīng)用中需要解決的主要障礙。應(yīng)光室提出了一種構(gòu)建面內(nèi)p-n-p同質(zhì)結(jié)降低石墨烯光電探測器暗電流的有效途徑。該器件在中紅外波段表現(xiàn)出出色的光響應(yīng)和極低的暗電流。基于石墨烯面內(nèi)同質(zhì)p-n-p結(jié)的紅外光電探測器的實(shí)現(xiàn)為石墨烯-硅集成寬帶光學(xué)器件的發(fā)展提供了思路。

為了解決當(dāng)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在立體感和舒適性等方面的問題，應(yīng)光室提出了一種基于曲面屏和視差光柵的顯示系統(tǒng)，并從理論上詳細(xì)研究了該顯示系統(tǒng)的顯示原理和特點(diǎn)。它可以在不戴任何眼鏡的情況下提供360°的水平視場立體圖像，以獲取沉浸式的自由立體效果。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該顯示系統(tǒng)在觀察區(qū)域內(nèi)可獲得無串?dāng)_的顯示效果。相關(guān)研究為自由立體顯示技術(shù)的改進(jìn)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用提供了一些新的思路。

紅光AlGaInP外延層通常生長在GaAs襯底上，而由于GaAs襯底吸光且導(dǎo)熱系數(shù)小，限制了紅光micro-LED器件的性能。應(yīng)光室使用晶圓鍵合和襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)，成功制備出位于硅襯底上的像素密度達(dá)到2000PPI的紅光micro-LED陣列器件。這種高密度硅襯底AlGaInP紅光micro-LED陣列器件具有穩(wěn)定的光譜特性、色彩顯示能力，出色的電學(xué)和光輸出能力，未來將在可見光通信、全彩顯示和生物醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

基于Fano共振的納米材料由于其優(yōu)異的光學(xué)特性，在高靈敏度生物傳感、快速響應(yīng)的光學(xué)開關(guān)、納米光電器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，逐漸成為光調(diào)控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。然而，由于金、銀等金屬材料中自由電子的振蕩導(dǎo)致了很強(qiáng)的輻射損耗，限制了其在納米光子學(xué)中的應(yīng)用，應(yīng)光室基于這一背景，提出了一種中長波紅外波段8～12μm（25～37.5THz）的光學(xué)折射率傳感器。該傳感器基于“吉祥結(jié)”結(jié)構(gòu)陣列的法諾共振，利用有限時(shí)域差分方法分析了其在紅外波段的反射光譜和近場電磁場分布。該結(jié)構(gòu)對(duì)周圍物質(zhì)的折射率變化敏感，傳感靈敏度高達(dá)986nm/RIU，平均品質(zhì)因數(shù)為29。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)對(duì)入射光電場的偏振方向不敏感，該研究在光學(xué)傳感、生物傳感、環(huán)境監(jiān)測等方面具有重要意義。

以光之名，創(chuàng)新奮進(jìn)。應(yīng)用光學(xué)是支撐當(dāng)前及未來社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵性應(yīng)用基礎(chǔ)研究學(xué)科之一，其發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)有著重大關(guān)聯(lián)。相信在未來，應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還將繼續(xù)創(chuàng)造輝煌。