2022年5月23日，“2021中國光學十大進展”由中國雷射雜誌社發布：冰光纖、小型化自由電子雷射等10項前沿進展入選基礎研究類；六維光信息復用、能降溫的光學超材料織物等10項進展入選套用研究類。魔角雷射器、光電智慧型計算、高效白色發光二極體等19項成果分別榮獲基礎研究類與套用研究類的提名獎。
入選名單
1.彈性冰單晶微納光纖
冰是一種透明易碎的脆性物質，沒有彈性、無法彎折，難以像玻璃一樣被製成光纖用來傳輸和調控光。
浙江大學光電學院童利民教授、郭欣副教授團隊與合作者們發現生長成單晶微納光纖的冰，在性能上與玻璃光纖相似，既能夠靈活彎曲，又可以低損耗傳輸光，還可以通過顯微拉曼光譜研究凍的相變特性，有望在低溫光學導波、光學感測及冰物理研究等方面獲得套用。
入選名單
2.非線性對宇稱時間對稱性和非厄米拓撲態的調控如何實現兼有多重特徵的人工複雜體系去探索自然界新奇現象，是當今國際上最活躍的前沿課題之一。南開大學陳志剛、許京軍課題組及合作團隊搭建了同時具有非線性、非厄米和拓撲特性的光子學平台，實現了非線性對宇稱時間對稱性和非厄米拓撲態的調控，發現了非厄米體系中拓撲態接近奇異點時敏感性和魯棒性的拮抗效應。
前述創新成果改變了人們對開放拓撲體系中非線性效應的認知，為非厄米拓撲及其相關前沿領域的研究開闢了新方向。
入選名單
3.雷射尾波場加速驅動的台式化自由電子雷射首次實現中科院上海光機所電子加速研究團隊等，依託於“新一代超強超短雷射綜合實驗裝置”，在國際上首次實現基於雷射尾波場加速的極紫外波段的自發輻射放大輸出，完成了台式化自由電子雷射的原理驗證，對於發展小型化、低成本自由電子雷射器具有重大意義。
入選名單
4.在雙折射晶體中發現“幽靈”雙曲極化激元華中科技大學張新亮、李培寧教授課題組與國家納米科學中心戴慶研究員、新加坡國立大學仇成偉教授等國內外團隊協同創新，發現傳統雙折射方解石晶體中存在“面-體”複合的新型“幽靈”雙曲極化激元，這種新型激元既受表面束縛，又在晶體內部以傾斜波前傳播，表現出世界記錄長的各向異性納米光傳輸特性和極強光場壓縮能力。
前述研究發現為光物理基礎研究提供原創新思路，有望在實現納米尺度光場、熱場操控方向上展現出套用潛力。
入選名單
5.阿秒電子動力學的直接繪圖通過飛秒光場直接度量電子的亞周期動力學特性，可以提供阿秒級時間解析度，但飛秒雷射與超短電子脈衝之間難以實現高精度時空同步。
中科院上海光機所研究團隊等通過高對比度飛秒雷射與電漿鏡作用，實現了電子與雷射時空同步，在實驗中觀測到阿秒電子脈衝在雷射場調製下形成的周期性分布電子束條紋，該工作實現了強場條件下阿秒電子動力學的全光超快時空映射，可直接反饋電子在光場作用下的阿秒動力學特徵，為全光阿秒電子學提供了重要技術參考。
入選名單
6.室溫零磁場條件下反鐵磁中超快自旋流超快雷射脈衝在反鐵磁材料中的非線性光學效應可以誘導產生瞬態磁化，而且不依賴外加磁場。反鐵磁的瞬態磁化可以向鄰近的重金屬層注入超快自旋電流，並由於重金屬層的逆自旋霍爾效應轉化為高頻振盪的電荷電流。
為了驗證前述預測，南京大學金飈兵教授與吳鏑教授課題組等合作，通過探測雷射誘導的反鐵磁/重金屬結構的太赫茲波信號，實驗發現了室溫零磁場條件下反鐵磁的超快自旋泵浦過程。反鐵磁超快自旋泵浦的發現為進一步實現高速、穩定和高集成度的反鐵磁自旋電子器件提供了新的方法。
入選名單
7.利用飛秒雷射操控量子材料電子維度超快雷射與量子材料相互作用產生奇異量子態是目前國際上正在探索的量子材料操控研究前沿。
上海交通大學張文濤研究組與張傑、嚮導團隊等合作，提出利用飛秒雷射對量子材料電子維度的操控機制，並利用自主研製的高分辨時間分辨角分辨光電子能譜儀和超快電子衍射裝置，在三維量子材料中實現二維長程有序電子態，並在所形成的二維電子態中發現存在奇異電子態，可能是一種光致超導跡象。該發現為二維電子態研究提供了新平台。
入選名單
8.大模間色散下的時空鎖模被證實清華大學精密儀器系楊昌喜課題組與北京郵電大學電子工程學院肖曉晟課題組合作，在時空鎖模雷射器方向取得了新進展。
合作團隊證實了大模間色散下可以實現時空鎖模，揭示了其鎖模機理；並觀察到鎖模輸出在多橫模與近單橫模之間轉換。該工作在科學上擴展了對三維光學系統中複雜非線性時空動力學的理解，在工程上極大拓寬了時空鎖模雷射器的設計可能性。
入選名單
9.近紅外生物成像視窗的高效寬頻消色差超構透鏡“超構表面”作為一種超薄的微納結構，為解決設備小型化、集成化的需求提供了一個很好的平台。
哈爾濱工業大學（深圳）肖淑敏微納光子學實驗室藉助由C4對稱的基本單元構成的二氧化鈦超構表面並憑藉先進的微納加工手段，設計並製備出了工作於近紅外成像視窗的高效率寬頻消色差超構透鏡。首次將二氧化鈦微納製備的深寬比提高到37.5，是先前記錄的2.5倍。實驗結果表明該消色差超構透鏡在650-1000nm（納米）波段範圍內實現消色差成像，平均聚焦效率破紀錄地高達88.5%。
同時，通過生物成像實驗進行對比，消色差超構透鏡成像質量媲美商用物鏡，在解析度方面要優於商用物鏡。前述工作對於生物醫療，集成光學以及微納製備的發展具有重要意義。
入選名單
10. 非線性黃昆方程與太赫茲巨非線性效應的實現著名的黃昆方程揭示了橫光學聲子與光子耦合成為聲子極化激元的物理本質，成為極化激元研究的物理開端。
最近，南開大學研究團隊及合作者提出並推演了非線性黃昆方程，預言並證實了一種由極性晶體受激聲子極化激元介導的光與物質相互作用新機制。在該機制的作用下，太赫茲波段的非線性可以提高五個數量級左右。這一發現為光與物質相互作用、太赫茲科學與技術、極性晶體材料調控、自旋量子比特的光調控等研究提供了一條新的途徑。
入選名單
2021中國光學十大進展套用研究類（10項）入選名單
1. 納米尺度六維光信息復用
光的波長、偏振、軌道角動量等物理維度可以建立正交的數據通道，利用光的物理維度作為信息的載體可以提高光信息技術的容量和安全性。
暨南大學和上海理工大學等聯合研究團隊通過攜帶光子軌道角動量的緊聚焦渦旋光場，揭示了光信息存儲介質產生軌道角動量回響的機制，首次在納米尺度下實現了軌道角動量、偏振、波長及三維空間上的六維光信息復用存儲技術。
前述技術不僅可以促進與軌道角動量相關的基礎科學研究，而且有望為下一代大容量光信息通訊、存儲技術提供新思路。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
2.基於形態學分級結構設計的輻射降溫光學超材料織物華中科技大學陶光明團隊與多家科研和產業單位聯合創新，基於形態學分級設計研發無源降溫光學超材料織物，實現了太陽輻射波段92.4%的反射率以及中紅外波段94.5%的發射率。
光學超材料織物具有可產業級宏量製造的優勢，與我國完備的化纖紡織行業體系相兼容。在戶外暴曬環境的降溫測試中，相較於商用棉織物，光學超材料織物可為人體降溫近5攝氏度；在模擬汽車測試中，光學超材料織物可為汽車內部降溫近30攝氏度。
前述研究實現了跨領域多學科協同創新，代表了智慧型織物在光學和熱管理領域取得的重要進展，啟示並推動傳統工業的創新與發展。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
3.基於吸收型存儲器的多模式量子中繼量子中繼可以克服信道損耗實現遠程的量子通信。已有的量子中繼都是基於發射型量子存儲器構建的，其物理系統單一導致通訊速率受限。
中國科學技術大學李傳鋒、周宗權研究團隊利用固態量子存儲器和外置糾纏光源，成功演示量子中繼的基本鏈路，並展現了多模式復用在量子中繼中的加速作用，為實用化高速量子網路的構建打下了堅實的基礎。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
4.相干能量調製的自放大機制如何實現全相干、高重複頻率運行的自由電子雷射已經成為自由電子雷射發展的關鍵挑戰之一。
中國科學院上海高等研究院和中國科學院上海套用物理研究所自由電子雷射團隊提出了一種相干能量調製的自放大機制，並且基於軟X射線自由電子雷射裝置完成了實驗驗證。利用自放大機制，成功實現了兩級級聯HGHG(軟X射線自由電子雷射裝置)在種子雷射的30次諧波放大出光。這是目前國際上“工作諧波/雷射調製”最高的外種子自由電子雷射放大結果。
前述成果為兆赫茲級重頻的外種子自由電子雷射鋪平了道路，從而有望為高分辨譜學和極紫外光刻等技術帶來新的突破。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
5.新型範德瓦爾斯單極勢壘紅外探測器中科院上海技術物理研究所胡偉達研究員與復旦大學周鵬教授等在新型光電探測器的研究中取得了開創性進展，研製出新型範德瓦爾斯單極勢壘紅外探測器。該工作創新性地利用原子層堆疊實現了能帶局域態操控，構建出范德瓦爾斯單極勢壘探測器，突破性地解決了傳統材料勢壘結構外延生長、晶格失配以及組分能帶梯度難以控制的問題。
新型範德瓦爾斯單極勢壘結構的提出不僅為紅外探測器暗電流過高的瓶頸問題提供了解決思路，也為二維材料步入紅外套用領域提供了關鍵技術方案。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
6.片上光力光學頻率梳的實現南京大學現代工程與套用科學學院姜校順、肖敏團隊利用片上光學微腔中的大振幅光力振盪，實現了一種新的光學頻率梳（光力光學頻率梳）。這種片上微型光學頻率梳具有低重複頻率、光譜平坦等優點。基於這種光譜平坦的光學頻率梳，研究團隊還同時實現了寬頻的微型微波頻率梳。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
7.柔性顯示織物及其智慧型集成系統面向智慧型電子織物等可穿戴電子設備對顯示技術提出的新要求，復旦大學彭慧勝/陳培寧研究團隊等提出在高分子複合纖維交織點構建多功能微型發光器件，通過揭示高曲率纖維界面電場分布的獨特機制，解決光滑纖維表面活性材料均勻塗覆，以及纖維電極界面穩定性等難題，在國際上率先實現了柔性顯示織物及其智慧型集成系統。
前述智慧型織物系統將電子器件的製備與織物編織過程有效融合，具有智慧型、輕質、透氣、可洗滌、高柔性等獨特優點，將有力推動柔性電子、攜帶型人機互動系統、柔性健康監測終端等領域的快速發展。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
8.溶液中單分子電化學反應的直接成像單分子水平揭示化學反應的空間位置、路徑和動力學是化學研究面臨的本質科學問題，這對精準測量提出重大的研究需求。
浙江大學馮建東團隊通過時空孤立策略首次實現了對單分子電致化學發光反應的空間成像，並利用空間孤立的分子反應定位信息重構實現了超分辨電致化學發光成像。這種基於化學途徑的單分子顯微鏡技術可與超分辨螢光顯微鏡實現互補，有望對單分子測量、催化表征和生物成像等領域產生重要影響。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
9.線照明調製顯微術實現高清成像華中科技大學、海南大學駱清銘團隊發明了線照明調製光學層析成像新原理，同時兼具高解析度、高通量、高魯棒性、高背景抑制能力、高靈敏度等優點，填補了相關技術的空白。
團隊疊代更新建立了高清螢光顯微光學切片斷層成像技術，實現高解析度全腦三維原始數據信噪比110，將全腦光學成像提升到高清晰度的新標準。高清的圖像質量，顯著提升了後續數據相關環節的工作效率，為攻克腦圖譜繪製中的大數據挑戰提供了新的切入點。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
10.超高分辨Micro-LED顯示技術：基於二硫化鉬TFT驅動電路集成Micro LED顯示技術是指以自發光的微米量級的LED為發光像素單元，將其組裝到驅動面板上形成高密度LED陣列的顯示技術。
在國家重點研發計畫、自然科學基金等項目的支持下，南京大學新型顯示技術研發團隊等提出基於二維半導體材料二硫化鉬TFT驅動電路集成的、超高分辨氮化鎵Micro-LED顯示技術方案，開發出晶圓級二維半導體TFT製造工藝，無需巨量轉移的低溫後端工藝單片異質集成技術，實現了1270 PPI（即每英寸所擁有的像素數量）的高亮度微顯示器。
前述成果被發表期刊評價為“突破了傳統半導體驅動電路的性能瓶頸，將給未來顯示帶來顛覆性的產品”。
2021中國光學十大進展套用研究類入選名單
“2021中國光學十大進展”10項基礎研究類提名獎包括：上海光源中心自由電子雷射團隊實驗驗證並測量了雷射-束流在二極磁場的能量交換；北京大學馬仁敏團隊實現了基於莫爾超晶格納米結構的魔角雷射器；華南理工大學周博教授、張勤遠教授團隊等提出基於鐿亞晶格的多光子上轉換髮光；北京大學劉運全教授和龔旗煌院士領導的“極端光學創新研究團隊”實現了強雷射場中光子軌道自旋耦合的探測和操控；清華大學黃文會、顏立新團隊首次實現相對論電子束的高梯度級聯太赫茲加速；清華大學戴瓊海院士團隊提出並構建了大規模可重構光電智慧型衍射計算處理器；上海交通大學李良教授與義大利米蘭-比科卡大學Brovelli Sergio教授團隊等合作，實現環境溫度處於100℃範圍內量子點螢光性能近乎零“熱猝滅”，所製備LED電致發光器件也具有優異的抗“熱猝滅”性能；北京大學劉開輝課題組等提出並發展了瑞利散射圓二色性技術，實現了單根碳納米管的完整結構；蘇州大學蔣建華、蒲殷教授團隊等利用光子系統證實了拓撲體-缺陷對應關係；中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作，首次實現11公里遠距離量子糾纏純化。“2021中國光學十大進展”9項套用研究類提名獎包括：南京理工大學曾海波教授團隊和華盛頓大學David Ginger教授團隊合作，基於α/δ-CsPbI3同質異相層實現高效白色發光二極體；清華大學團隊等研製自適應掃描光場顯微鏡，打破活體成像壁壘；中科院上海光機所電子加速研究團隊等實現GeV（吉電子伏特）量級超低能散的台式化電子加速器；福州大學楊黃浩/陳秋水教授和新加坡國立大學劉小鋼教授等實現高分辨X射線發光擴展成像技術；電子科技大學張雅鑫教授團隊與中國電子科技集團公司第十三研究所馮志紅研究員團隊等合作，實現了太赫茲片上可編碼超構調控晶片；北京理工大學陳棋教授團隊和北京大學周歡萍特聘研究員團隊等合作，開發了鈣鈦礦薄膜加工的關鍵技術，製備了高質量鈣鈦礦薄膜及光伏器件；清華大學魯巍教授團隊等實現了從傳統直線加速器到雷射尾波加速器的高效率外注入級聯加速；廈門大學聶立銘教授團隊等運用光聲成像技術，研製了具有脂質代謝藥物，發展了光聲技術監測脂肪組織脂質、血紅蛋白代謝變化評估肥胖療效的新方法；黑龍江大學許輝教授團隊和新加坡國立大學劉小鋼教授團隊合作，通過有機小分子表面配位實現了稀土納米顆粒表面的巨大發光增強。
