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中國激光雜志社發布2019年度中國光學十大進展
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      3月20日,中國激光雜志社發布“2019年度中國光學十大進展”。量子密鑰分發、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項重大光學進展入選(基礎研究類與應用研究類各10項)。
     本年度入選成果既有圍繞國家科技戰略展開的重大科研項目,也有可能在將來服務社會、與百姓密切相關的應用研究。
在近期爆發的新型冠狀病毒疫情牽動全球,包括禽流感、埃博拉、天花等在內的疾病都是由僅數十至幾百納米大小的病毒導致的。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,浙江大學劉旭教授和匡翠方教授課題組開發出了具有完全自主知識產權的新型時空超分辨光學顯微鏡(應用研究類成果),可對活細胞表面結構進行快速、長時程、多色和三維超分辨成像研究,為微管、內質網、線粒體和細胞膜等亞細胞組織的生物動力學分析提供了有力的研究工具。

 
  光子芯片被視為大規模集成電路之后的又一顛覆性技術。集成光子芯片已經成為自動駕駛、新一代計算機、超高清電視等領域的核心部件。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、偏振等參量實現多路并行處理技術。哈爾濱工業大學(深圳)徐科副教授、宋清海教授與其合作者,通過對波導模場的精細調控實現了片上光學結構和系統的小型化和低損耗,使得大規模片上光學系統密集集成成為可能(應用研究類成果)。這項研究將進一步推動集成光子芯片在光通信、人工智能、激光雷達、平行計算、三維光電集成等眾多高新領域快速發展和應用。

 
 
      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家們的夢想。但目前已有的商用高速相機和專業工業高速相機,對于超快速的過程探測來說還是太慢了。西安交通大學陳烽教授團隊與合作者提出了一種基于時頻變換思想的“壓縮超快時間光譜成像術”(CUST)(基礎研究類成果),突破了現有超快成像技術的局限,并以4萬億幀/每秒成像速度成功捕獲到光子的運動。這一成果將大力推動未來新材料、新的信息、生物、醫療、工程等技術的快速發展。
 

 
      微納激光光源在激光顯示、照明、集成光學、光電子通訊等領域具有非常廣泛的應用前景。但是,由于缺乏有效的藍光發射材料,高性能藍光激光的研究一直面臨挑戰。中科院上海光機所張龍、董紅星研究員領銜的微結構光物理研究團隊,發現一種新型材料能夠實現有效藍光發射,成功實現高性能藍光單模激光輸出(應用研究類成果)。全色顯示至少需要紅、綠、藍三原色光才能實現,白光照明的實現也需要有效藍光發射器件的加入。該藍光發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用價值。

 
      在人們生活和科研工作中,我們需要精確地了解很多物質內部結構和成分,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。為了達到測試精度,部分設備需要超高亮度光源和長達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難度極高。中科院上海微系統與信息技術研究所歐欣研究員與同濟大學合作者,提出一種大面積制備超高線密度光柵器件的方法(應用研究類成果),將為未來大幅減小光譜設備尺寸、提高測試精度提供了一種方案。
 
 
      中國光學十大進展由中國激光雜志社發起,經過首輪推薦、初評、終評三個環節,最終20項優秀的光學成果從110項研究進展中脫穎而出,入選2019年度中國光學十大進展(基礎研究類與應用研究類各10項)。評選委員會由48位光學與光子學領域的專家組成,綜合考慮候選成果的學術價值和應用價值,從候選進展中初評30項進入終評,并以無記名投票方式產生“2019年度中國光學十大進展”。入選2019年度中國光學十大進展的成果還有(排名不分先后):
      基礎研究類:
      微腔表面對稱破缺誘導非線性光學
     北京大學肖云峰教授和龔旗煌院士的研究團隊與其合作者,利用超高品質因子回音壁模式光學微腔,極大增強了表面對稱性破缺誘導的非線性光學效應,得到的二次諧波轉換效率提升了14個數量級。
 
 
      近場光學旋渦中的光學斯格明子結構
      深圳大學杜路平、袁小聰教授與其合作者,在國際上首次揭示了由光的自旋-軌道耦合產生的“光學斯格明子”結構,并揭示了存在其內部的光學自旋超精細結構,在亞納米光學位移傳感、光學超分辨顯微成像等領域具有重大應用前景。

 
      首個三維光學拓撲絕緣體
      浙江大學陳紅勝教授課題組與其合作者,成功研制首個三維光學拓撲絕緣體,將三維拓撲絕緣體從費米子體系擴展到了玻色子體系,有望大幅度提高光子在波導中的傳輸效率。


      高效穩定非鉛鹵化物雙鈣鈦礦暖白光
      華中科技大學武漢國家光電研究中心唐江教授團隊及其合作者,闡明了非鉛鹵素鈣鈦礦Cs2AgInCl6的自限域激子發光機理,并通過Na+合金化和Bi3+痕量摻雜實現了高效穩定的單基質白光發光,突破了單基質白光熒光粉的效率瓶頸,為非鉛鈣鈦礦發光材料的研究指明了一條道路,有希望在綠色照明方面實現應用。

 
      兼具高亮度和高效率的量子點發光二極管
      河南大學申懷彬、李林松、杜祖亮教授等人與其合作者,通過設計合成新型核殼結構量子點,研發了兼具高亮度、高效率和長壽命紅綠藍三基色QLED器件,其中多項性能指標創世界記錄,該研究結果有望加速推進QLED在高亮高效顯示和照明領域應用的進程。

 
      雙層三碘化鉻中由層間反鐵磁誘導的非互易二次諧波
      復旦大學吳施偉課題組與其合作者,在二維磁性材料雙層三碘化鉻(CrI3)中觀測到源于層間反鐵磁結構的非互易二次諧波非線性光學響應,并揭示了三碘化鉻中層間反鐵磁耦合與范德瓦爾斯堆疊結構的關聯。


 
      首次利用臺式化高重頻飛秒激光器驅動千特斯拉強磁場自組織放大
      中科院上海光機所劉建勝、田野課題組利用一束飛秒預脈沖激光產生膨脹的高溫稠密等離子體半球,然后再利用一束飛秒強激光驅動強流電子束誘導等離子體韋伯不穩定性的增長,實驗獲得了強度高達千特斯拉量級、自組織放大的強磁場陣列。研究結果開辟了利用小型化激光裝置研究高能量密度物理及實驗天體物理的新途徑,可以更深入地研究和理解磁場的產生、放大、磁重聯及天體現象的本質。

 
      關鍵量子信息器件——“三高”量子糾纏光源研究
      中山大學王雪華教授團隊與其合作者,提出一種能克服光子側向和背向泄漏、并能極大提高光子前向出射的新型微納“射燈”結構,其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過90%、最高可達95%,在國際上率先制備出同時具備“三高”——高亮度、高全同性、高糾纏保真度的量子糾纏光子對源。

 
  光的波粒二象性的可控量子疊加
  南京大學馬小松教授和祝世寧院士課題組利用多光子糾纏態的非局域特性,構建了遠程的量子邏輯門。在嚴格滿足愛因斯坦局域性的條件下,觀測到了光的波動性與粒子性的可控量子疊加。該項工作為未來的量子技術提供了新的調控手段。
 
 
      應用研究類:
      基于類人算法的智能鎖模激光器
     上海交通大學義理林教授課題組提出了基于類人算法的智能鎖模激光器,解決了被動鎖模激光器失鎖難以自動恢復的難題,最快開機自動鎖模僅需0.22 s,失鎖恢復則僅需14.8 ms,均大幅刷新了之前的記錄,具有重要的產業應用價值。

 
  無磁光場非互易放大
  華東理工大學龔尚慶、鈕月萍教授團隊與其合作者,將原子熱運動導致的多普勒效應和拉曼增益結合,提出了可在自由空間實現光波波段非互易放大的原創性方案,并在實驗上進行了驗證。這一方案為常溫工作、易于調控、小型化可集成的無磁非互易放大器研制提供了新的途徑。

 
      大帶寬、低損耗、高效率、高集成度的硅基電光調制器
      中山大學蔡鑫倫、余思遠課題組與其合作者,通過在硅基芯片上異質集成鈮酸鋰材料,實現了高性能的硅和鈮酸鋰異質集成電光調制芯片,在光學損耗、調制帶寬、半波電壓和線性度等方面突破了傳統硅基電光調制的局限。所有材料與器件工藝完全依靠國內自主條件,具備完全的自主知識產權。
 
 
      突破線性界限制的光纖量子密鑰分發系統
      中國科學技術大學郭光燦院士和韓正甫教授領導的量子密碼研究組首先在理論上提出了免相位后選擇的雙場量子密鑰分發協議,有效提升了雙場類協議的執行效率?;谠搮f議,研究人員突破了異地孿生光場制備和長距離信道相位補償兩項核心技術,在300 km常規商用光纖信道中,率先完成了超越線性界限制的高密鑰生成率實驗,為實現無中繼長距離城際量子密鑰分發網絡邁出了關鍵的一步。

 
      動態平面光子元件
      南京大學胡偉教授、陸延青教授團隊與其合作者,通過設計摻入光控手性翻轉分子機器的自組裝螺旋超結構,實現了工作波段連續可調、共軛相位分布光控變換的平面光子元件,提供了一種動態平面光子元件的實用方案。

      基于有機打印微納激光陣列的全色激光顯示
      中科院化學所趙永生、閆永麗研究員及其合作者,充分發揮有機材料在溶液加工方面的優勢,利用噴墨打印的方式精準構建了紅綠藍微納激光陣列作為顯示面板,首次實現了主動發光平板激光顯示,為發展高性能、易加工的平板激光顯示及照明器件提供了一種可行的解決方案。


本文來源:中國激光雜志社
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