2022中國光學十大進展

2022中國光學十大進展是來自基礎研究和套用研究的40項年度優秀成果。

2023年4月20日在2023中國光學十大進展高峰論壇上舉行了頒獎典禮。“羲和雷射首輪實驗獲得60MeV質子束”、“雷射干涉儀的量子超越”、“光纖量子密鑰分發新紀錄”等研究成果分別入選基礎研究和套用研究類“2022中國光學十大進展”。

基本介紹

• 中文名：2022中國光學十大進展
• 主辦機構：中國雷射雜誌社、杭州光機所、富陽區人民政府
• 頒獎地點：2023中國光學十大進展高峰論壇
• 頒獎時間：2023年4月20日

活動背景

2023年4月20日上午，2023中國光學十大進展高峰論壇在浙江省杭州市富陽區開幕。論壇由中國雷射雜誌社、杭州光機所和富陽區人民政府共同主辦。論壇同期舉行了2022中國光學十大進展頒獎典禮。

活動內容

在2022中國光學十大進展頒獎典禮上，來自基礎研究和套用研究的40項年度優秀成果將隆重揭曉。

入選成果

基礎研究類

10項：

1.微腔光梳驅動的新型矽基光電子片上集成系統

北京大學電子學院教授王興軍團隊聯合加州大學聖塔巴巴拉分校材料、電氣與計算機工程系教授約翰·E·鮑爾斯（John E.Bowers）團隊合作，攻關解決微腔光梳簡易魯棒激發與長時間穩定、面向光梳光源的矽基系統設計、矽基片上可重構多維光譜整形技術等難題，在國際上首次實現了由克爾微腔光梳驅動的新型矽基光電子片上系統，有望直接套用於數據中心、5/6G信號處理、自動駕駛、光計算等領域，為下一代片上光電子信息系統提供了全新的研究範式和發展方向。

2.光學渦環的誕生

上海理工大學光電信息與計算機工程學院教授詹其文帶領的納米光子學團隊基於麥克斯韋方程組和光學保角變換，首次在理論上完整推導並在實驗上實現了優美的光學渦環結構。該研究工作為三維複雜時空光場的生成和表征提供了嶄新的思路，對環狀對稱電動力學、環狀對稱等離子物理、光學對稱和拓撲、量子物理、天體物理等理論研究，以及光學感測、光操縱、光信息與能量傳遞等套用研究都將具有重要且深遠的意義。

3.用光3D列印納米晶體

清華大學精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授課題組首次提出了利用光生高能載流子調控納米材料的表面化學活性並實現化學鍵合，由此實現了半導體量子點等功能納米粒子的三維雷射裝配。這一技術具備真三維、高純度、高解析度、異質異構集成的技術優勢，開闢了功能納米器件製備工藝的新途徑，在片上光電器件集成、高性能近眼顯示等領域具有廣泛的套用前景。

4.新技術首次實現雷射3D列印納米鐵電疇

南京大學現代工程與套用科學學院教授張勇領銜的研究團隊發展了一種非互易雷射極化鐵電疇技術：將飛秒脈衝雷射聚焦於鈮酸鋰晶體中，在晶體內部形成了一個有效電場，實現了三維納米鐵電疇的可控制備。加工精度達到了30納米，遠遠突破衍射極限，且可以實現鐵電疇結構的修正與重構。這一技術解決了傳統極化工藝僅限於在二維平面內以微米精度加工鐵電疇結構的難題，為三維集成光電器件的發展提供了新的技術支撐。

5.高純度超集成手性光源領域取得重要研究進展

哈爾濱工業大學（深圳）宋清海教授團隊基於連續域中束縛態自身的物理特性，實現了高純度、高Q值與高方向性的手性螢光到雷射的出射。在無需自旋注入的情況下，即可實現控制自發輻射和雷射的光譜、遠場以及自旋角動量。這種方法對改善當前手性光源的設計，並促進其在光子系統與量子系統中的套用具有重要意義。

6.羲和雷射首輪實驗獲得60MeV質子束

中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室張輝副研究員領銜的研究團隊依託於上海超強超短雷射實驗裝置(羲和雷射，SULF) ，在首輪磨合實驗中利用SULF-10PW雷射轟擊微米金屬靶，在靶後法線鞘層加速機制下獲得了截止能量達62.5MeV的質子束，該結果達到國內領先水平，進入國際前列。未來將通過進一步最佳化，獲得百MeV級的高能質子束，切實推動雷射質子源在聚變能源、腫瘤治療等重要領域的套用。

7.高效、高重頻極紫外超快相干光源

上海交通大學物理與天文學院劉峰副研究員、陳民教授、李博原副研究員課題組通過引入圓偏振預脈衝，成功實現對微米尺度預電漿的主動調控，構建出合適的縱向密度分布，解決了高次諧波產生受限於雷射對比度的難題，實驗驗證了產生高重頻、高亮度極紫外超快輻射源的新方案。

8.稀土離子f-f躍遷發光壽命被壓縮至納秒級

陝西師範大學物理學與信息技術學院張正龍教授、鄭海榮教授團隊，依託自主搭建的高分辨原位光譜系統，在納米光學領域取得了突破性進展。利用等離激元傾斜納米光腔，將稀土離子f-f 躍遷發光壽命壓縮至50 納秒以下，同時獲得1000餘倍的量子產率增強。該成果被審稿人評價為稀土發光領域“里程碑”式的工作，對拓展稀土發光套用優勢，推動量子通訊單光子源、納米雷射器的發展具有重要意義。

9.雷射干涉儀的量子超越

上海交通大學物理與天文學院及李政道研究所張衛平教授團隊與合作者，利用其發展的量子關聯干涉技術與雷射干涉儀巧妙結合，實現了一種超越傳統雷射干涉儀的新型量子精密測量技術。新方法融合經典-量子優勢於一體，原理上可以拓展到LIGO引力波探測器等大型精密測量儀器中，實現對傳統干涉技術的升級，向開拓真正有套用價值的量子技術邁出了重要的一步。

10.突破螢光範圍的雷射輻射

山東大學物理學院於浩海教授、張懷金教授團隊和南京大學現代工程與套用科學學院陳延峰教授團隊協同攻關，在雷射物理領域取得突破，首次實現基於多聲子耦合的雷射輻射，在遠超螢光光譜的範圍獲得了寬波段、可調諧雷射輸出。研究成果拓寬了雷射增益範圍，闡明了雷射晶體中的關鍵功能基元和序構關係，對於固體雷射技術的發展具有重要意義。

套用研究類

10項：

1.集成化成像晶片實現像差矯正三維攝影

清華大學電子工程系副教授方璐和中國工程院院士、清華大學教授戴瓊海團隊提出了非相干光下的數字自適應光學新架構，解耦信號採集與像差矯正，首次實現了高速大範圍分塊像差去除。研製了集成化的元成像晶片，能夠實現像差矯正的大視場高解析度高速三維成像，將傳統自適應光學的有效視場直徑從40角秒提升至了1000角秒，可廣泛用於天文觀測、工業檢測、醫療診斷等領域。

2.時空域精細操控半導體納米晶能帶結構

浙江大學光電科學與工程學院邱建榮教授團隊與之江實驗室光電智慧型計算研究中心研究專家譚德志團隊合作，揭示了飛秒雷射誘導空間選擇性介觀尺度分相和離子交換新規律，實現了對玻璃微區元素分布的精細調控，開拓了飛秒雷射三維極端製造新技術，構築了三維發光寬波段連續可調諧納米晶結構，首次提出並展示這種三維微納結構在超大容量超長壽命信息存儲、高穩定Micro-LED列陣和動態立體彩色全息顯示等的前沿套用。

3.基於超構透鏡集成的平面廣角相機

南京大學現代工程與套用科學學院教授李濤團隊研發出一種基於超構透鏡陣列的平面廣角相機，僅用一微米厚的納米結構就實現了超過120°視角高質量的廣角成像功能。這一全新原理的設計原理成功突破傳統商用魚眼鏡頭在體積和重量上限制，展示了超構透鏡設計在顛覆性成像技術中巨大的套用潛力。

4.光電集成輕微型“複眼相機”，解決商用探測器不兼容問題

吉林大學電子科學與工程學院教授張永來領銜的合作團隊通過飛秒雷射微加工技術，製造具有對數輪廓小眼的三維仿生複眼，突破了三維複眼非平面成像和商用微型CCD/CMOS探測器失配難題。研製了質量僅為230mg的光電集成微型複眼相機，藉助多目視覺原理和神經網路重構算法，實現了對微觀目標運動軌跡的三維重構。該成果在醫療內窺成像和微型機器人視覺等前沿領域具有重要意義。

5.光纖量子密鑰分發新紀錄——無中繼安全傳輸超830公里

中國科學技術大學光學與光學工程系教授、中國科學院院士郭光燦和中國科學技術大學光學與光學工程系教授韓正甫團隊通過解決極弱光雙場製備和低噪聲快速相位補償難題，突破信噪比限制，創造830公里無中繼光纖量子通信世界紀錄。相比於國內外其他團隊的工作，該成果不僅將無中繼傳輸距離提升了200多公里，而且將成碼率提升了50～1000倍，向實現千公里陸基量子通信邁出了重要一步。

6.光頻完美異常反射器

同濟大學物理科學與工程學院王占山教授和程鑫彬教授聯合復旦大學物理學系周磊教授，提出了一維多層膜結合二維超表面的準三維亞波長新結構，通過傳輸波和布洛赫波的高效耦合增強非局域能流調控能力，首次實現了效率優於99%的光頻異常反射。研究成果有望推動新型波束掃描系統等儀器裝備的發展。

7.超長壽命的鈣鈦礦LED

浙江大學光電科學與工程學院長聘教授狄大衛和趙保丹研究員團隊利用雙極性分子穩定劑抑制離子遷移, 首次實現了滿足實際套用標準的超長壽命鈣鈦礦LED。在等同於高亮度OLED的光功率下，這些近紅外LED的壽命為32675小時（3.7 年）；在更低的輻亮度下，其壽命預期長達 270 年。這些創紀錄的器件在 5 mA/cm 的恆定電流下持續工作 5 個月，輻亮度無明顯衰減。

8.世界首例鈮酸鋰薄膜偏振復用相干光調製器

中山大學電子與信息工程學院（微電子學院）蔡鑫倫教授課題組實現了世界首例鈮酸鋰薄膜偏振復用相干光調製器，該器件具有CMOS兼容驅動的半波電壓，110GHz的調製頻寬，這是目前世界上最高性能的超低電壓和超大頻寬的電光調製器晶片。利用這一晶片，研究團隊演示了目前單載波相干傳輸的最高淨速率—1.96Tb/s。該項研究攻克了在下一代超高速、低功耗的相干光傳輸系統不可或缺的電光轉換器件。鈮酸鋰薄膜材料及其光子集成技術研究為實現我國光通信產業鏈自主可控提供了有力保障。

9.首次發現光學微腔中的界面回音壁模式

北京大學物理學院肖雲峰教授團隊與中國科學院半導體研究所陳幼玲副研究員合作，首次發現了光學微腔中的界面回音壁模式。研究人員在微流集成的微泡腔中，將光學回音壁模式的電磁場峰值調控至感測表面，從物理上提高了感測器的光學回響強度，成功實現了具有單分子回響的微流感測器件，在高靈敏度微量檢測領域具有廣泛的套用前景。

10.在光編碼液晶超結構套用取得突破性研究進展

華東理工大學教授、化學與分子工程學院院長朱為宏、物理學院教授鄭致剛和諾貝爾化學獎得主、“費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心”教授伯納德·L·費林加（Bernard Lucas Feringa）合作，圍繞動態可控手性液晶光學微結構，從材料設計、製備和微結構的外場控制入手，解決傳統液晶體系光效率低的問題，賦能液晶微結構的光控寬動態域，發展可逆、可擦、漸變、結構疊加與嵌入的多重防偽新技術，為解決我國在高端防偽技術領域面臨的材料瓶頸提供了可供借鑑的技術方案。