2020年中國光學十大進展揭曉，量子糾纏光源、光學雷達遠距離成像等成果入選
4月25日，中國激光雜志社發(fā)布“2020年中國光學十大進展”。量子糾纏光源、熒光成像、金屬鈉等離激元等10項基礎(chǔ)研究，激光聚變、光學雷達遠距離成像、光譜氣體檢測等10項應(yīng)用研究成功入選。
本年度評選活動共收到117項推薦，經(jīng)過首輪推薦、初評、終評三個環(huán)節(jié)，48位評審專家綜合考慮候選成果的學術(shù)價值和應(yīng)用價值，并以無記名投票方式，最終選出10項基礎(chǔ)研究、10項應(yīng)用研究優(yōu)秀光學成果。入選成果既有圍繞國家科技戰(zhàn)略展開的重大科研項目，也有可能在將來服務(wù)社會、與百姓密切相關(guān)的應(yīng)用研究。
1. 量子信息是目前國際上最前沿、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足量子通訊、量子計算、量子計量等領(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。南京大學祝世寧院士、王振林教授、張利劍教授和王漱明副教授團隊、香港理工大學蔡定平教授團隊、中國科學技術(shù)大學任希鋒副教授團隊和華東師范大學李林研究員組成的聯(lián)合團隊通力合作，通過結(jié)合超構(gòu)透鏡陣列與非線性晶體，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、量子計算、量子存儲等領(lǐng)域。
2. 用光實現(xiàn)原子尺度空間分辨一直是納米光學領(lǐng)域追求的終極目標之一，盡管這一目標由于衍射極限的制約曾被認為是遙不可及的。掃描近場光學顯微鏡的出現(xiàn)點燃了實現(xiàn)這一目標的希望。在入選成果中，中國科學技術(shù)大學侯建國院士團隊的董振超研究小組，在近場熒光成像領(lǐng)域，將成像空間分辨率推進至0.8 nm的亞納米分辨水平，在世界上首次實現(xiàn)了亞分子分辨的單分子光致熒光成像。
3. 半導體激光器因其體積小、效率高、壽命長、波長范圍廣、易于集成和調(diào)制等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于通信、加工、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。其中單模器件因為其最理想的線寬和光束質(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)。中國科學院物理研究所光物理重點實驗室L01組陸凌研究員等人的團隊與合作者，理論提出并且實驗證實了一種全新的拓撲光子晶體微腔，不但可以支持任意簡并度的腔模，而且是目前已知光腔中, 大面積單模性最好的。這個拓撲光腔填補了半導體激光器在選模腔體設(shè)計上的空白，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，對激光雷達和激光加工等技術(shù)有潛在的積極意義。此項工作也是對拓撲物理應(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。南京大學朱嘉、周林、祝世寧團隊聯(lián)合北京大學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)，研究團隊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特的電化學性質(zhì)，將有力地推動新型等離激元功能器件的發(fā)展。
5. 鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層太陽電池被認為是極具潛力的高效率低成本光伏技術(shù)之一，在未來的光伏發(fā)電技術(shù)中將占據(jù)重要的引領(lǐng)作用。南京大學現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學學院譚海仁教授團隊在大面積全鈣鈦礦疊層太陽電池上取得新突破，該團隊制備的大面積全鈣鈦礦疊層太陽電池經(jīng)日本電氣安全和環(huán)境技術(shù)實驗室權(quán)威認證，穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達24.2%，并被收錄于《太陽能效率世界記錄表》，為目前大面積鈣鈦礦太陽電池的世界紀錄效率。該工作也是我國疊層太陽電池成果首次被《太陽能效率世界記錄表》收錄。
6. 光學雷達基于一種光學遙感技術(shù)。其優(yōu)勢在于，利用光的高速傳播， 瞬間可測量上千千米遠的目標。但在現(xiàn)實應(yīng)用中，光子們會穿過充滿各種散射損耗介質(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。中國科學技術(shù)大學潘建偉院士、徐飛虎教授課題組在城市環(huán)境中通過平均每個像素點探測約一個信號光子，實現(xiàn)了距離達45 km的單光子三維成像，創(chuàng)下了新的成像距離紀錄。該遠距離單光子成像雷達系統(tǒng)在硬件端和軟件端均發(fā)展了適用于遠距離成像的先進技術(shù)。對于面向低功耗和高分辨率的超遠距離激光雷達研究，具有里程碑式的重要意義。
7. 痕量氣體檢測在環(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)用價值。激光光譜法通過測量物質(zhì)的特征‘指紋’吸收譜來確定物質(zhì)的種類和濃度，是一種高選擇性、高靈敏度的氣體測量技術(shù)。香港理工大學靳偉研究組、北京航空航天大學樊尚春研究組和北京工業(yè)大學汪瀅瀅、王璞研究組聯(lián)合研究團隊進一步提出了基于空芯反諧振光纖模式相位差測量的光熱光譜氣體測量方法，實現(xiàn)了萬億分之一量級的探測下限。
8. 在5G、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新一代信息技術(shù)推動下，寬帶化數(shù)字化浪潮席卷全球，數(shù)據(jù)流量在過去十年中呈指數(shù)增長，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)，也是世界各國集中攻關(guān)的核心技術(shù)。中山大學蔡鑫倫教授團隊與國家信息光電子創(chuàng)新中心肖希博士團隊合作，在超高速電光調(diào)制器芯片的研究中取得了突破性進展，實現(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年中國光學十大進展”的成果還有：上海交通大學物理與天文學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與技術(shù)國家重點實驗室吳健科研團隊的單分子回聲研究等。
“中國光學十大進展”評選活動由中國激光雜志社發(fā)起，至今已成功舉辦15屆，旨在促進中國優(yōu)秀光學研究成果的廣泛傳播，推動中國光學事業(yè)的發(fā)展。憑借高學術(shù)水平的候選成果，以及嚴格公正的評審機制，這一獎項備受業(yè)界認可。
