2022 中國光學(xué)領(lǐng)域十大社會影響力事件

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入 圍 名 單

說明：排名不分先后，按原報道發(fā)布日期排序

1. 突破半導(dǎo)體激光技術(shù)瓶頸！拓?fù)淝幻姘l(fā)射激光器問世

中科院物理所陸凌團(tuán)隊將此前原創(chuàng)的“狄拉克渦旋”拓?fù)涔馇唬晒?yīng)用于面發(fā)射半導(dǎo)體激光芯片中，從原理上突破眼下半導(dǎo)體激光的技術(shù)瓶頸，同時多數(shù)量級地提高其出射功率和光束質(zhì)量。研制出的拓?fù)淝幻姘l(fā)射激光器，將有可能運用在手機(jī)的人臉識別、自動駕駛的激光雷達(dá)以及虛擬現(xiàn)實的三維感知等領(lǐng)域，相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Photonics (見TCSEL.com)。

2.超高分辨率量子點發(fā)光二極管打開“元宇宙”通路

開發(fā)可在微小空間輸出海量信息的極高分辨率近眼顯示器，是進(jìn)入“元宇宙”的重要途徑。量子點材料因具有高色純度、高發(fā)光效率等優(yōu)異特性，在發(fā)光顯示領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。近眼顯示中，消除“紗窗效應(yīng)”要求顯示設(shè)備達(dá)到萬級PPI（每英寸所擁有的像素數(shù)目），因此，如何實現(xiàn)量子點發(fā)光二極管的極高分辨像素化，是一個核心關(guān)鍵問題。福州大學(xué)李福山教授團(tuán)隊聯(lián)合中科院寧波材料所團(tuán)隊，巧妙將異相界面量子點自組裝技術(shù)和轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)亞微米尺度無缺陷圖案化的同時有效阻隔了漏電流，首次實現(xiàn)了兼具高發(fā)光效率和超高分辨率（最高25400PPI）的量子點發(fā)光二極管，打開了一條通向“元宇宙”的全新道路。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Photonics。

3.量子直接通信距離首次達(dá)到100公里

北京量子信息科學(xué)研究院副院長、清華大學(xué)教授龍桂魯團(tuán)隊和清華大學(xué)教授陸建華團(tuán)隊合作，設(shè)計和實現(xiàn)了一種相位量子態(tài)與時間戳量子態(tài)混合編碼的量子直接通信新系統(tǒng)，通信距離達(dá)到100公里，是當(dāng)前世界最長的量子直接通信距離。這樣的指標(biāo)可以在無中繼條件下實現(xiàn)城市之間的點對點量子直接通信，同時可以支撐基于安全經(jīng)典中繼的廣域量子網(wǎng)絡(luò)一些應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表在Light：Science & Applications。

4.歷久彌新，46階非線性熒光賦能共聚焦62nm分辨率

已普及數(shù)十年的共聚焦顯微鏡有光路簡單、可見即可得的優(yōu)點，應(yīng)用廣，但分辨率受限通常在200nm以上。為此，華南師范大學(xué)詹求強(qiáng)教授課題組提出了遷移光子雪崩機(jī)理，攻克了光子雪崩效應(yīng)難以在納米尺度觀測的長期難題，在常溫納米探針中實現(xiàn)了國際報道最高的46階非線性響應(yīng)熒光，基于此僅利用單束、300uW、連續(xù)激光實現(xiàn)了62nm (λ/14)分辨率，是傳統(tǒng)共聚焦分辨率的4倍左右，并實現(xiàn)了亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的觀測。該成果通過純物理法打破共聚焦技術(shù)瓶頸，為生物醫(yī)學(xué)超分辨成像提供了簡便方法。此外，在需要突破衍射極限的光傳感、光存儲、光刻等前沿領(lǐng)域也具有重要應(yīng)用價值。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Nanotechnology。

5.新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)問世

北京大學(xué)教授王興軍課題組和美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校教授John E. Bowers課題組在世界上首次報道了由集成微腔光梳驅(qū)動的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)，研究團(tuán)隊歷時3年協(xié)同攻關(guān)，終于攻克了這一世界性難題。這個工作是集成光梳和硅光的完美結(jié)合，是世界學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點，它打通了光頻梳從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的最后一公里，從而可以真正讓這項技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。同時，它也解決了硅光多路并行光源的世界性難題，使硅光有了自己大腦。相關(guān)成果發(fā)表于Nature。

6.破解鈣鈦礦LED穩(wěn)定性難題，超長壽命的鈣鈦礦LED誕生

浙江大學(xué)狄大衛(wèi)教授與趙保丹研究員團(tuán)隊為鈣鈦礦LED穩(wěn)定性問題提供了解決方案。他們在器件發(fā)光層中引入雙極性分子穩(wěn)定劑，抑制了電場下的離子遷移，獲得了壽命遠(yuǎn)超預(yù)想的鈣鈦礦LED。在等同于高亮度OLED的光功率下，這些近紅外鈣鈦礦LED的工作壽命為32675小時（3.7 年），首次達(dá)到滿足實際應(yīng)用的水平。在更低的輻亮度下，其壽命預(yù)期甚至有望達(dá)到270年。這些創(chuàng)紀(jì)錄的器件在5 mA/cm2的恒定電流下持續(xù)工作5個月（3600小時），輻亮度仍無明顯下降。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Photonics。

7.我國科學(xué)家實現(xiàn)納米尺度光操控

納米尺度的光電融合是未來高性能信息器件的必然趨勢，如何在原子尺度對光波精準(zhǔn)操控是其中最關(guān)鍵的科學(xué)問題。為此，國家納米科學(xué)中心戴慶課題組與合作者構(gòu)建了高質(zhì)量的石墨烯/α相氧化鉬異質(zhì)結(jié)，實現(xiàn)了極化激元等頻色散輪廓的拓?fù)滢D(zhuǎn)變，打破了聲子極化激元傳輸受材料晶向限制的瓶頸。進(jìn)一步利用寬度僅有1.5μm二氧化硅平面透鏡，實現(xiàn)了極化激元的納米聚焦和無衍射渠化傳輸。該研究大幅提高了光子的精確操控水平，為設(shè)計亞波長納米光學(xué)器件和進(jìn)一步實現(xiàn)片上光電互聯(lián)功能提供了重要基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Nanotechnology，同期配發(fā)了新聞和評述文章予以高亮報道。

8.永不堵塞的“光子高速公路”：無反射拓?fù)洳▽?dǎo)

在傳統(tǒng)光學(xué)器件中，光遇到缺陷、無序、尖銳拐角等障礙時會產(chǎn)生背向反射，嚴(yán)重降低光學(xué)器件的傳輸性能。從根本物理原理上來說，原因在于傳統(tǒng)光學(xué)器件同時存在兩種沿相反方向傳輸?shù)牟▽?dǎo)模式。為了克服這一限制，南方科技大學(xué)高振副教授，浙江大學(xué)楊怡豪研究員，電子科技大學(xué)周佩珩教授，南洋理工大學(xué)張柏樂教授、Chong Yidong教授、劉癸庚博士等研究人員首次提出并實現(xiàn)了一種三維光學(xué)拓?fù)潢惤^緣體，成功觀測到三維空間中完全無反射的魯棒、單向光傳輸，即使遇到障礙物也能輕松繞過而不會產(chǎn)生任何背向反射。該工作構(gòu)建了一種永不堵塞的“光子高速公路”，能夠大幅提升光子在三維空間中傳輸效率和魯棒性，未來有望應(yīng)用于三維拓?fù)涔鈱W(xué)集成電路、拓?fù)洳▽?dǎo)、拓?fù)浼す獾戎T多領(lǐng)域。與此同時，在該三維光學(xué)陳絕緣體中也發(fā)現(xiàn)了拓?fù)潢愂噶亢蛣恿靠臻g中的霍普夫紐結(jié)等新穎物理現(xiàn)象，對基礎(chǔ)拓?fù)湮锢韺W(xué)同樣具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature。

9.我國科學(xué)家首次實現(xiàn)納米晶體激光3D打印，助力下一代三維光量子芯片

化學(xué)合成的納米粒子種類豐富、性能優(yōu)異，但如何進(jìn)一步將其器件化、集成化和芯片化？技術(shù)工藝長期缺失。清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授團(tuán)隊提出全新原理的光激發(fā)誘導(dǎo)化學(xué)鍵合技術(shù)，利用光生高能載流子調(diào)控納米顆粒的表面化學(xué)活性，實現(xiàn)了納米粒子的三維超精密激光裝配，極限分辨率達(dá)到77 nm。該技術(shù)賦予3D納米打印更多的神奇特性，為制備前所未有性能的光芯片與量子信息器件奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于Science，獲Physics Today、《光明日報》等國內(nèi)外媒體的廣泛報道。芝加哥大學(xué)Talapin教授評價：這項工作使得利用3D打印機(jī)一鍵生成多種功能器件的夢想有望變成現(xiàn)實。

10.國內(nèi)首款全自主計算光刻EDA軟件研發(fā)成功

“OPC是芯片設(shè)計工具EDA工業(yè)軟件的一種，沒有這種軟件，即使有光刻機(jī)，也造不出芯片。從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，我們團(tuán)隊堅持最底層的代碼一行行敲、最基礎(chǔ)的公式一個個算，整整走了十年。十年磨一劍，就是要解決芯片從設(shè)計到制造的卡脖子問題。”華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院劉世元教授團(tuán)隊成功研發(fā)我國首款完全自主可控的OPC算法軟件，并已在宇微光學(xué)軟件有限公司實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。