2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展

中國激光雜志社發(fā)布“2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展”（第十五屆）。量子密鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項(xiàng)重大光學(xué)進(jìn)展入選（基礎(chǔ)研究類與應(yīng)用研究類各10項(xiàng)）。由于成果本身突出的學(xué)術(shù)水平，以及評審專家的嚴(yán)格公正，這一獎項(xiàng)在學(xué)術(shù)界被廣泛認(rèn)可。

本年度入選成果既有圍繞國家科技戰(zhàn)略展開的重大科研項(xiàng)目，也有可能在將來服務(wù)社會、與百姓密切相關(guān)的應(yīng)用研究。

在近期爆發(fā)的新型冠狀病毒疫情牽動全球，包括禽流感、埃博拉、天花等在內(nèi)的疾病都是由僅數(shù)十至幾百納米大小的病毒導(dǎo)致的。顯微鏡正是探索研究這些病毒世界必不可少的工具。在入選成果中，浙江大學(xué)劉旭教授和匡翠方教授課題組開發(fā)出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新型時(shí)空超分辨光學(xué)顯微鏡，可對活細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速、長時(shí)程、多色和三維超分辨成像研究，為微管、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和細(xì)胞膜等亞細(xì)胞組織的生物動力學(xué)分析提供了有力的研究工具。

光子芯片被視為大規(guī)模集成電路之后的又一顛覆性技術(shù)。集成光子芯片已經(jīng)成為自動駕駛、新一代計(jì)算機(jī)、超高清電視等領(lǐng)域的核心部件。與電處理芯片相比，光芯片能耗更低、速度更快，而且能利用波長、模式、偏振等參量實(shí)現(xiàn)多路并行處理技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）徐科副教授、宋清海教授與其合作者，通過對波導(dǎo)模場的精細(xì)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了片上光學(xué)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的小型化和低損耗，使得大規(guī)模片上光學(xué)系統(tǒng)密集集成成為可能。這項(xiàng)研究將進(jìn)一步推動集成光子芯片在光通信、人工智能、激光雷達(dá)、平行計(jì)算、三維光電集成等眾多高新領(lǐng)域快速發(fā)展和應(yīng)用。

光速，光子在真空中的速度，是我們已知宇宙中存在的最快速度。捕獲光子的軌跡一直是科學(xué)家們的夢想。但目前已有的商用高速相機(jī)和專業(yè)工業(yè)高速相機(jī)，對于超快速的過程探測來說還是太慢了。西安交通大學(xué)陳烽教授團(tuán)隊(duì)與合作者提出了一種基于時(shí)頻變換思想的“壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)”（CUST），突破了現(xiàn)有超快成像技術(shù)的局限，并以4萬億幀/每秒成像速度成功捕獲到光子的運(yùn)動。這一成果將大力推動未來新材料、新的信息、生物、醫(yī)療、工程等技術(shù)的快速發(fā)展。

微納激光光源在激光顯示、照明、集成光學(xué)、光電子通訊等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。但是，由于缺乏有效的藍(lán)光發(fā)射材料，高性能藍(lán)光激光的研究一直面臨挑戰(zhàn)。中科院上海光機(jī)所張龍、董紅星研究員領(lǐng)銜的微結(jié)構(gòu)光物理研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)一種新型材料能夠?qū)崿F(xiàn)有效藍(lán)光發(fā)射，成功實(shí)現(xiàn)高性能藍(lán)光單模激光輸出。全色顯示至少需要紅、綠、藍(lán)三原色光才能實(shí)現(xiàn)，白光照明的實(shí)現(xiàn)也需要有效藍(lán)光發(fā)射器件的加入。該藍(lán)光發(fā)射微球激光器在激光全色顯示、白色激光照明及多色微納激光器研究等方面具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

在人們生活和科研工作中，我們需要精確地了解很多物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分，X射線光譜分析扮演著十分重要的角色。越來越精細(xì)的測試需求對其核心部件高分辨率光柵的線密度也提出越來越高的要求。為了達(dá)到測試精度，部分設(shè)備需要超高亮度光源和長達(dá)10米左右的測量臂長，而且核心部件高分辨率、高線密度光柵器件制備技術(shù)難度極高。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所歐欣研究員與同濟(jì)大學(xué)合作者，提出一種大面積制備超高線密度光柵器件的方法，將為未來大幅減小光譜設(shè)備尺寸、提高測試精度提供了一種方案。

2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展分別為：微腔表面對稱性破缺誘導(dǎo)非線性光學(xué)，近場光學(xué)旋渦中的光學(xué)斯格明子結(jié)構(gòu)，首個(gè)三維光學(xué)拓?fù)浣^緣體，高效穩(wěn)定非鉛鹵化物雙鈣鈦礦暖白光，兼具高亮度和高效率的量子點(diǎn)發(fā)光二極管，雙層三碘化鉻中由層間反鐵磁誘導(dǎo)的非互易二次諧波，首次利用臺式化高重頻飛秒激光器驅(qū)動千特斯拉強(qiáng)磁場自組織放大，“三高”量子糾纏光源研究，壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)，光的波粒二象性的可控量子疊加等10項(xiàng)基礎(chǔ)研究類成果；可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片，基于類人算法的智能鎖模激光器，基于多角度干涉的三維多色活細(xì)胞超分辨光學(xué)顯微鏡，無磁光場非互易放大、大帶寬、低損耗、高效率、高集成度的硅基電光調(diào)制器，采用反向外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)晶圓級亞50nm周期的多層膜光柵器件制備，高性能藍(lán)光單模微納激光，突破線性界限制的光纖量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，動態(tài)平面光子元件，基于有機(jī)打印微納激光陣列的全色激光顯示等10項(xiàng)應(yīng)用研究類成果。

中國光學(xué)十大進(jìn)展由中國激光雜志社發(fā)起，經(jīng)過首輪推薦、初評、終評三個(gè)環(huán)節(jié)，最終20項(xiàng)優(yōu)秀的光學(xué)成果從110項(xiàng)研究進(jìn)展中脫穎而出，入選2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展。評選委員會由48位光學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域的專家組成，綜合考慮候選成果的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，從候選進(jìn)展中初評30項(xiàng)進(jìn)入終評，并以無記名投票方式產(chǎn)生。

圖片說明：基礎(chǔ)研究類的微腔表面對稱性破缺誘導(dǎo)非線性光學(xué)。

照片說明：應(yīng)用研究類的可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片。