2022中国光学十大进展发布，光电子系统、光学涡环等研究成果入选

日前，“2022 中国光学十大进展”发布。据悉，基础研究类和应用研究类各有 10 项进展入选。

据介绍，该评选活动始于 2005 年，由中国激光杂志社发起，目的在于介绍国内科研人员在光学相关领域的重要科学进展，推动中国优秀光学研究成果的传播，进而助力中国光学事业的发展。

以下为 2022 年的入选项目：

基础研究（10 项）

一、微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上集成系统

北京大学王兴军团队与加州大学圣塔巴巴拉分校约翰·E·鲍尔斯（John E. Bowers）团队合作，将微梳和硅光子学技术相结合，提出了两个分别用于光学数据传输和微波光子学的芯片级光子系统。同时，构建了高度可重构微波光子滤波器。两种技术的结合，为实现新一代完全集成光子系统提供了方案。

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二、光学涡环的诞生

上海理工大学詹其文团队通过实验对光子环形涡环进行了观测，发现该光场具有螺旋相位分布，其围绕封闭的环路扭曲，导致方位角局部轨道角动量密度。该团队制备出的光状态，或为其他学科的环形涡环行为提供研究思路，有望在光-物质相互作用、光子对称性、拓扑结构、量子信息等方面获得应用。

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三、用光 3D 打印纳米晶体

清华大学孙洪波、林琳涵课题组开发了一种激光直写技术，能实现在没有任何添加剂的条件下，半导体量子点内部激发的空穴转移到纳米晶体表面，在提高化学反应性的同时，促使粒子间化学键合。基于该技术，他们能够实现对所有 3D 量子点结构的打印，其分辨率大于衍射极限。该成果有助于量子点光电器件的制备。

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四、新技术首次实现激光 3D 打印纳米铁电畴

南京大学张勇带领团队，在根据激光写入方向或擦除晶体中的畴结构的电场的基础上，开发了一种名为非互易近红外激光写入技术。该技术有助于实现铌酸锂这些透明铁电晶体的可控纳米畴制备，有望应用于高频声谐振器和大容量非易失性铁电存储器等领域。

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五、高纯度超集成手性光源领域取得重要研究进展

哈尔滨工业大学（深圳）宋清海团队利用连续介质中的束缚态物理特性来高效捕获光，展示了作为手性光源的超表面，即一种人工设计的介电元件阵列。利用掺杂了发光分子的介电超表面，他们能够产生具有优良特性的手性光致发光和激光。这种方法对集成光学器件的发展具有一定的指导意义。

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六、羲和激光首轮实验获得 60 兆电子伏质子束

中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队基于上海超强超短激光实验装置（羲和激光，SULF），在 10 千万亿瓦激光束线调试阶段的实验中，在设置 4 微米厚度金属靶的条件下，采用靶后法线鞘层加速，得到了最大截止能量高达 62.5 兆电子伏的高能质子束。实验结果反映了 SULF-10 千万亿瓦波束线具有超高的强度和较好的波束对比度等性能。

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七、高效、高重频极紫外光超快相干光源

上海交通大学刘峰、陈民和李博原课题组提出了一种稳定且易于实现的方法，能够通过圆偏振正入射预脉冲的辐射压力，对大规模表面等离子体进行压缩，进而实现有效的谐波。基于该方法获得的谐波产生效率，和具有高对比度激光优化等离子体尺度长度所获得的谐波产生效率相当，有望推动强极紫外光源和相关应用发展。

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八、稀土离子 f-f 跃迁发光寿命被压缩至纳秒级

陕西师范大学张正龙、郑海荣团队制备了一个等离激元倾斜纳米光腔，能够在将稀土掺杂纳米粒子的 f-f 跃迁发光衰减时间缩短到 50 纳秒以下的同时，保持高量子效率的增强、可调谐的偏振依赖和远场定向发射以及选择性多色手性。这种新型的稀土掺杂纳米粒子，具有超快、定向和极化发光的特点，能够推动相干单光子源、量子通信和纳米激光的发展。

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九、激光干涉仪的量子超越

上海交通大学张卫平团队基于理论和实验结果，提出了一种新型的干涉仪拓扑结构，其能够实现高信噪比、超越标准量子极限的灵敏度和对干涉仪外部光子损耗的容忍度。该研究不仅开辟了一条提高高功率干涉仪实际灵敏度的方法，还可能在无法获得有效探测器波长的条件下，实现高灵敏度的量子增强干涉测量。

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十、突破荧光范围的激光辐射

山东大学于浩海、张怀金团队和南京大学陈延峰团队在非线性光学晶体 YCa4O(BO3)3 中实现了远超出荧光光谱的激光辐射，其工作原理是利用三至八个声子进行了放大，对所有较少的声子过程进行了抑制，获得了 1110-1465 纳米的整体频谱可调谐性。该成果揭示了加强原始的弱电子-声子-光子相互作用，并引发了对荧光的光谱外操作的按需激光器研究。

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应用研究（10 项）

一、集成化成像芯片实现像差矫正三维摄影

清华大学方璐、戴琼海团队开发了一种元成像传感器，能够得到高速像差校正三维摄影。他们基于这个传感器，并通过一个球面透镜，完成了像素达到十亿的摄影，使得整体容量和光学成像的成本有了几个数量级的降低。该成果能在多个领域获得应用，比如在高分辨率条件下观测天气、自动驾驶、工业检测等。

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二、时空域精细操控半导体纳米晶能带结构

浙江大学邱建荣团队联合之江实验室谭德志团队，在玻璃中的三维直接光刻，展示了具有可调成分和带隙的钙钛矿纳米晶体。在超快激光的诱导下，他们采用液相纳米相分离技术，达成了卤化物离子分布在纳米尺度下的控制。此外，他们对该钙钛矿纳米晶体的形成和成分可调机制进行了验证。

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三、基于超构透镜集成的平面广角相机

南京大学李涛、祝世宁团队提出了一种适用于广角成像的平面相机，该相机将氮化硅超构透镜阵列，安装在互补金属氧化物半导体图像传感器上。整个透镜阵列能够捕捉大视角场景，其失真或像差可忽略不计。经过处理，他们得到了一幅视角范围超过 120 度的高质量图像。该成果有望在未来的成像技术中获得应用。

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四、光电集成轻微型“复眼相机”，解决商用探测器不兼容问题

吉林大学张永来团队基于昆虫复眼启发，开发了一种微型光电集成相机，其包括 19 至 160 对数轮廓眼的聚合物昆虫复眼，因此聚焦范围和景深都有了显著增加。该成果有利于实现平面成像传感器和微光学元件的集成，能在机器人视觉等多个领域获得应用。

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五、光纤量子密钥分发新纪录——无中继安全传输超 830 公里

中国科学技术大学郭光灿、韩正甫团队提出了一个量子密钥分发系统，能够容忍超过 140dB 的信道损耗，并获得了 833.8 千米的安全距离。通过对四阶段双场类协议和设置的优化，其安全密钥率相较此前超出了至少两个数量级。该成果标志着在构建 1000 千米范围内可靠、高效的陆地量子安全网络方面取得突破。

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六、光频完美异常反射器

同济大学王占山、程鑫彬与复旦大学周磊合作，提出了一种全介电准三维亚波长结构，其由多层膜和元光栅组成，能在光学频率下实现完美的异常反射。通过有效地耦合不同的布洛赫波和传输波，激发了多次散射过程，进而为元系统提供了理想异常反射所需的对光波的非局部控制。该成果有望在制备具有高效率的光学元器件中发挥重要作用。

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七、超长寿命的钙钛矿 LED

浙江大学狄大卫、赵保丹团队制备了一种近红外钙钛矿发光二极管，其具备很高的效率和稳定性，初始电流密度分别为 5.0 mA /cm2 和 3.2 mA/cm2 时，寿命分别为 11539 小时和 32675  小时。他们加入了偶极分子稳定剂，这是提高器件稳定性的重要原因，而该成果有助于卤化物钙钛矿器件不稳定性的解决。

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八、世界首例铌酸锂薄膜偏振复用相干光调制器

中山大学蔡鑫伦团队开发了一个双偏振铌酸锂薄膜相干调制器，该器件驱动电压低于 1 伏特，带宽为 110GHz，能够达到单波长 1.96Tbps 的净数据速率和超高的能量效率。因为采用了电容加载行波电极，所以该调制器具有大带宽、低微波损耗等优势。该成果有望在下一代高性能、低功耗的相干传输系统中获得应用。

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九、首次发现光学微腔中的界面回音壁模式

北京大学肖云峰团队联合中科院半导体所陈幼玲团队，开发了一种具有超高灵敏度的、在微气泡腔中具有界面回音壁模式的光流生物传感器。其将光学回音壁模式的电磁场峰值调控到感应表面，提高了传感器的 Q 因子，即使在小尺寸腔中也能实现低至 0.3pg/cm2 的检测限。不仅如此，还通过等离子体增强界面模式，实现了对分子量为 8kDa 的单 DNA 的检测。

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十、在光编码液晶超结构应用取得突破性研究进展

华东理工大学朱为宏、郑致刚和费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心伯纳德·L·费林加（Ben L. Feringa）合作，开发了一种具有广泛手性调制的固有手性光开关，其能够实现实现数字可控、可选择和可提取的多重稳定反射态。该成果基于本征手性，实现了从分子和超分子到宏观水平的动态螺旋转换，在光编程光子学方面具有实用性。

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参考资料：

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