2020年中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展揭曉，量子糾纏光源、光學(xué)雷達(dá)遠(yuǎn)距離成像等成果入選
4月25日，中國(guó)激光雜志社發(fā)布“2020年中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”。量子糾纏光源、熒光成像、金屬鈉等離激元等10項(xiàng)基礎(chǔ)研究，激光聚變、光學(xué)雷達(dá)遠(yuǎn)距離成像、光譜氣體檢測(cè)等10項(xiàng)應(yīng)用研究成功入選。
本年度評(píng)選活動(dòng)共收到117項(xiàng)推薦，經(jīng)過(guò)首輪推薦、初評(píng)、終評(píng)三個(gè)環(huán)節(jié)，48位評(píng)審專(zhuān)家綜合考慮候選成果的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，并以無(wú)記名投票方式，最終選出10項(xiàng)基礎(chǔ)研究、10項(xiàng)應(yīng)用研究?jī)?yōu)秀光學(xué)成果。入選成果既有圍繞國(guó)家科技戰(zhàn)略展開(kāi)的重大科研項(xiàng)目，也有可能在將來(lái)服務(wù)社會(huì)、與百姓密切相關(guān)的應(yīng)用研究。
1. 量子信息是目前國(guó)際上最前沿、最活躍的研究領(lǐng)域之一。隨著光量子信息技術(shù)的發(fā)展，糾纏量子光源不能滿(mǎn)足量子通訊、量子計(jì)算、量子計(jì)量等領(lǐng)域的要求，制約了光量子信息處理的大規(guī)模集成。超構(gòu)表面的研究與發(fā)展為量子光源及光量子信息技術(shù)的發(fā)展提供了一條全新的路徑。南京大學(xué)祝世寧院士、王振林教授、張利劍教授和王漱明副教授團(tuán)隊(duì)、香港理工大學(xué)蔡定平教授團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)任希鋒副教授團(tuán)隊(duì)和華東師范大學(xué)李林研究員組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通力合作，通過(guò)結(jié)合超構(gòu)透鏡陣列與非線(xiàn)性晶體，成功制備出高維路徑糾纏光源和多光子光源。突破了現(xiàn)有量子光源的技術(shù)瓶頸和信息編碼維度限制，有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計(jì)算、量子存儲(chǔ)等領(lǐng)域。
2. 用光實(shí)現(xiàn)原子尺度空間分辨一直是納米光學(xué)領(lǐng)域追求的終極目標(biāo)之一，盡管這一目標(biāo)由于衍射極限的制約曾被認(rèn)為是遙不可及的。掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)點(diǎn)燃了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的希望。在入選成果中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)院士團(tuán)隊(duì)的董振超研究小組，在近場(chǎng)熒光成像領(lǐng)域，將成像空間分辨率推進(jìn)至0.8 nm的亞納米分辨水平，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了亞分子分辨的單分子光致熒光成像。
3. 半導(dǎo)體激光器因其體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、波長(zhǎng)范圍廣、易于集成和調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于通信、加工、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。其中單模器件因?yàn)槠渥罾硐氲木€(xiàn)寬和光束質(zhì)量，成為眾多應(yīng)用的首選，而單模工作的關(guān)鍵是選模，依靠的都是光子晶體結(jié)構(gòu)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室L01組陸凌研究員等人的團(tuán)隊(duì)與合作者，理論提出并且實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一種全新的拓?fù)涔庾泳w微腔，不但可以支持任意簡(jiǎn)并度的腔模，而且是目前已知光腔中, 大面積單模性最好的。這個(gè)拓?fù)涔馇惶钛a(bǔ)了半導(dǎo)體激光器在選模腔體設(shè)計(jì)上的空白，為下一代高亮度單模面發(fā)射器件提供了符合商用激光器歷史規(guī)律的新發(fā)展方向，對(duì)激光雷達(dá)和激光加工等技術(shù)有潛在的積極意義。此項(xiàng)工作也是對(duì)拓?fù)湮锢響?yīng)用出口的一次探索。
4. 表面等離極化激元，是光與金屬表面自由電子集體振蕩耦合形成的一種元激發(fā)，在微納光子器件和光子集成、超分辨成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。南京大學(xué)朱嘉、周林、祝世寧團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)馬仁敏等在金屬鈉等離激元光子器件研究方面的重要突破?；谝簯B(tài)金屬旋涂技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)首次展示了金屬鈉微結(jié)構(gòu)的制備和近紅外波段室溫低閾值納米激光器。堿金屬本征的低損耗特性和獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)，將有力地推動(dòng)新型等離激元功能器件的發(fā)展。
5. 鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池被認(rèn)為是極具潛力的高效率低成本光伏技術(shù)之一，在未來(lái)的光伏發(fā)電技術(shù)中將占據(jù)重要的引領(lǐng)作用。南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁教授團(tuán)隊(duì)在大面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池上取得新突破，該團(tuán)隊(duì)制備的大面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池經(jīng)日本電氣安全和環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室權(quán)威認(rèn)證，穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)24.2%，并被收錄于《太陽(yáng)能效率世界記錄表》，為目前大面積鈣鈦礦太陽(yáng)電池的世界紀(jì)錄效率。該工作也是我國(guó)疊層太陽(yáng)電池成果首次被《太陽(yáng)能效率世界記錄表》收錄。
6. 光學(xué)雷達(dá)基于一種光學(xué)遙感技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)在于，利用光的高速傳播， 瞬間可測(cè)量上千千米遠(yuǎn)的目標(biāo)。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，光子們會(huì)穿過(guò)充滿(mǎn)各種散射損耗介質(zhì)的空間，并在傳播途中引入各種不可避免的噪聲。在此等情況下，依然要得到高品質(zhì)、高分辨率的遙感成像，非常具有挑戰(zhàn)性。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、徐飛虎教授課題組在城市環(huán)境中通過(guò)平均每個(gè)像素點(diǎn)探測(cè)約一個(gè)信號(hào)光子，實(shí)現(xiàn)了距離達(dá)45 km的單光子三維成像，創(chuàng)下了新的成像距離紀(jì)錄。該遠(yuǎn)距離單光子成像雷達(dá)系統(tǒng)在硬件端和軟件端均發(fā)展了適用于遠(yuǎn)距離成像的先進(jìn)技術(shù)。對(duì)于面向低功耗和高分辨率的超遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)研究，具有里程碑式的重要意義。
7. 痕量氣體檢測(cè)在環(huán)境、醫(yī)藥、石油化工、安防、航空航天等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。激光光譜法通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的特征‘指紋’吸收譜來(lái)確定物質(zhì)的種類(lèi)和濃度，是一種高選擇性、高靈敏度的氣體測(cè)量技術(shù)。香港理工大學(xué)靳偉研究組、北京航空航天大學(xué)樊尚春研究組和北京工業(yè)大學(xué)汪瀅瀅、王璞研究組聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了基于空芯反諧振光纖模式相位差測(cè)量的光熱光譜氣體測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)億分之一量級(jí)的探測(cè)下限。
8. 在5G、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新一代信息技術(shù)推動(dòng)下，寬帶化數(shù)字化浪潮席卷全球，數(shù)據(jù)流量在過(guò)去十年中呈指數(shù)增長(zhǎng)，信息通信網(wǎng)絡(luò)從根本上改變了人們的生活方式和生活面貌。鈮酸鋰薄膜電光調(diào)制器是突破傳統(tǒng)晶體器件性能瓶頸的革命性技術(shù)，也是世界各國(guó)集中攻關(guān)的核心技術(shù)。中山大學(xué)蔡鑫倫教授團(tuán)隊(duì)與國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心肖希博士團(tuán)隊(duì)合作，在超高速電光調(diào)制器芯片的研究中取得了突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了世界首例可用于數(shù)字相干光通信的高性能鈮酸鋰薄膜電光調(diào)制器芯片。
入選“2020年中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”的成果還有：上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院葉芳偉教授課題組發(fā)現(xiàn)并揭示莫爾晶格中波的演化規(guī)律，華東師大精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳健科研團(tuán)隊(duì)的單分子回聲研究等。
“中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選活動(dòng)由中國(guó)激光雜志社發(fā)起，至今已成功舉辦15屆，旨在促進(jìn)中國(guó)優(yōu)秀光學(xué)研究成果的廣泛傳播，推動(dòng)中國(guó)光學(xué)事業(yè)的發(fā)展。憑借高學(xué)術(shù)水平的候選成果，以及嚴(yán)格公正的評(píng)審機(jī)制，這一獎(jiǎng)項(xiàng)備受業(yè)界認(rèn)可。
