2019年度中国光学十大进展

2019年度中国光学十大进展

中国激光杂志社发布“2019年度中国光学十大进展”（第十五届）。量子密钥分发、光子芯片、智能激光器、全色激光显示等20项重大光学进展入选（基础研究类与应用研究类各10项）。由于成果本身突出的学术水平，以及评审专家的严格公正，这一奖项在学术界被广泛认可。

本年度入选成果既有围绕国家科技战略展开的重大科研项目，也有可能在将来服务社会、与百姓密切相关的应用研究。

在近期爆发的新型冠状病毒疫情牵动全球，包括禽流感、埃博拉、天花等在内的疾病都是由仅数十至几百纳米大小的病毒导致的。显微镜正是探索研究这些病毒世界必不可少的工具。在入选成果中，浙江大学刘旭教授和匡翠方教授课题组开发出了具有完全自主知识产权的新型时空超分辨光学显微镜，可对活细胞表面结构进行快速、长时程、多色和三维超分辨成像研究，为微管、内质网、线粒体和细胞膜等亚细胞组织的生物动力学分析提供了有力的研究工具。

光子芯片被视为大规模集成电路之后的又一颠覆性技术。集成光子芯片已经成为自动驾驶、新一代计算机、超高清电视等领域的核心部件。与电处理芯片相比，光芯片能耗更低、速度更快，而且能利用波长、模式、偏振等参量实现多路并行处理技术。哈尔滨工业大学（深圳）徐科副教授、宋清海教授与其合作者，通过对波导模场的精细调控实现了片上光学结构和系统的小型化和低损耗，使得大规模片上光学系统密集集成成为可能。这项研究将进一步推动集成光子芯片在光通信、人工智能、激光雷达、平行计算、三维光电集成等众多高新领域快速发展和应用。

光速，光子在真空中的速度，是我们已知宇宙中存在的最快速度。捕获光子的轨迹一直是科学家们的梦想。但目前已有的商用高速相机和专业工业高速相机，对于超快速的过程探测来说还是太慢了。西安交通大学陈烽教授团队与合作者提出了一种基于时频变换思想的“压缩超快时间光谱成像术”（CUST），突破了现有超快成像技术的局限，并以4万亿帧/每秒成像速度成功捕获到光子的运动。这一成果将大力推动未来新材料、新的信息、生物、医疗、工程等技术的快速发展。

微纳激光光源在激光显示、照明、集成光学、光电子通讯等领域具有非常广泛的应用前景。但是，由于缺乏有效的蓝光发射材料，高性能蓝光激光的研究一直面临挑战。中科院上海光机所张龙、董红星研究员领衔的微结构光物理研究团队，发现一种新型材料能够实现有效蓝光发射，成功实现高性能蓝光单模激光输出。全色显示至少需要红、绿、蓝三原色光才能实现，白光照明的实现也需要有效蓝光发射器件的加入。该蓝光发射微球激光器在激光全色显示、白色激光照明及多色微纳激光器研究等方面具有重要的研究意义和应用价值。

在人们生活和科研工作中，我们需要精确地了解很多物质内部结构和成分，X射线光谱分析扮演着十分重要的角色。越来越精细的测试需求对其核心部件高分辨率光栅的线密度也提出越来越高的要求。为了达到测试精度，部分设备需要超高亮度光源和长达10米左右的测量臂长，而且核心部件高分辨率、高线密度光栅器件制备技术难度极高。中科院上海微系统与信息技术研究所欧欣研究员与同济大学合作者，提出一种大面积制备超高线密度光栅器件的方法，将为未来大幅减小光谱设备尺寸、提高测试精度提供了一种方案。

2019年度中国光学十大进展分别为：微腔表面对称性破缺诱导非线性光学，近场光学旋涡中的光学斯格明子结构，首个三维光学拓扑绝缘体，高效稳定非铅卤化物双钙钛矿暖白光，兼具高亮度和高效率的量子点发光二极管，双层三碘化铬中由层间反铁磁诱导的非互易二次谐波，首次利用台式化高重频飞秒激光器驱动千特斯拉强磁场自组织放大，“三高”量子纠缠光源研究，压缩超快时间光谱成像术，光的波粒二象性的可控量子叠加等10项基础研究类成果；可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片，基于类人算法的智能锁模激光器，基于多角度干涉的三维多色活细胞超分辨光学显微镜，无磁光场非互易放大、大带宽、低损耗、高效率、高集成度的硅基电光调制器，采用反向外延技术实现晶圆级亚50nm周期的多层膜光栅器件制备，高性能蓝光单模微纳激光，突破线性界限制的光纤量子密钥分发系统，动态平面光子元件，基于有机打印微纳激光阵列的全色激光显示等10项应用研究类成果。

中国光学十大进展由中国激光杂志社发起，经过首轮推荐、初评、终评三个环节，最终20项优秀的光学成果从110项研究进展中脱颖而出，入选2019年度中国光学十大进展。评选委员会由48位光学与光子学领域的专家组成，综合考虑候选成果的学术价值和应用价值，从候选进展中初评30项进入终评，并以无记名投票方式产生。

图片说明：基础研究类的微腔表面对称性破缺诱导非线性光学。

照片说明：应用研究类的可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片。