以光之名 創(chuàng)新奮進(jìn)

堅(jiān)持定位 發(fā)展特色

應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“應(yīng)光室”）是我國(guó)設(shè)立最早的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，依托單位為被譽(yù)為“中國(guó)光學(xué)的搖籃”的中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)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(guó)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(guó)家批準(zhǔn)，1990年順利通過原國(guó)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(guó)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(cè)等技術(shù)為核心，面向國(guó)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(guó)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(guó)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(zhǎng)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。

在短波光學(xué)上：應(yīng)光室面向高端光刻機(jī)國(guó)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（DUV/EUV）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(cè)、短波空間成像探測(cè)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(cè)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?rùn)C(jī)構(gòu)、高性能KB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(guó)家空間引力波探測(cè)計(jì)劃需求，開展超高精度空間激光干涉測(cè)量技術(shù)研究，發(fā)展皮米精度計(jì)量、檢測(cè)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(chǎng)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(cè)器等研究工作。

從精細(xì)至極的短波光學(xué)，到觀測(cè)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(guó)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(cè)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(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)、便攜式的全血多參數(shù)快速自動(dòng)探測(cè)微流控分析系統(tǒng)與儀器、世界國(guó)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(guó)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(chǎng)的計(jì)算成像技術(shù)。應(yīng)光室提出單次全視場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(cè)系統(tǒng)測(cè)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、應(yīng)光室和美國(guó)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(zhǎng)光程吸收池及激光光譜氣體探測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)能力是石墨烯光電檢測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(zhǎng)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(shì)。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(zhǎng)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(chǎng)電磁場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還將繼續(xù)創(chuàng)造輝煌。