由中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所和中國光學(xué)學(xué)會主辦的中國激光雜志社近日發(fā)布“2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展”。量子密鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項(xiàng)重大光學(xué)進(jìn)展從110項(xiàng)成果中脫穎而出（基礎(chǔ)研究類與應(yīng)用研究類各10項(xiàng)）。

澎湃新聞（www.thepaper）對其中部分成果進(jìn)行了深度解讀。

據(jù)介紹，本年度入選成果屬于圍繞世界科學(xué)前沿和國家科技戰(zhàn)略展開的重大科研項(xiàng)目，部分面向科學(xué)前沿和國家需求，塑造中國科學(xué)家的世界話語權(quán)；同時(shí)，也有部分成果與我們生活和工作密切相關(guān)，可能在不久的將來服務(wù)社會，惠及民生。

在基礎(chǔ)研究類中，西安交通大學(xué)教授陳烽制造了每秒4萬億幀的超快相機(jī)，光譜分辨率達(dá)到了亞納米級（1米=10的9次方納米），刷新超快成像記錄。陳烽在接受澎湃新聞?dòng)浾邔ＴL時(shí)表示，利用一束“顏色”規(guī)律變化的奇妙激光，他們“按一次快門”就能記錄下微觀世界的超快運(yùn)動(dòng)過程，讓光子的運(yùn)動(dòng)軌跡像電影《黑客帝國》里的子彈一般慢動(dòng)作回放。

北京大學(xué)肖云峰教授和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)用一種原理類似天壇回音壁的光學(xué)微腔，將光子“合二為一”，得到了能量更高的光波，相比此前的方法合成效率提升了14個(gè)數(shù)量級。業(yè)內(nèi)專家解讀道，這種增強(qiáng)后的光學(xué)信號可以作為一種超高靈敏度的無標(biāo)記“探針”，用來檢測和研究材料表面分子的結(jié)構(gòu)、排布、吸收等物理、化學(xué)性質(zhì)。

在應(yīng)用研究類中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）副教授徐科、教授宋清海與上海交通大學(xué)研究員杜江兵、教授何祖源團(tuán)隊(duì)合作，解決了模分復(fù)用光電子芯片的大規(guī)模集成瓶頸。徐科介紹道，作為光通訊領(lǐng)域的尖端器件，光電子芯片目前國產(chǎn)化程度較低。在大數(shù)據(jù)的壓力下，光電子芯片的帶寬制約了光通信系統(tǒng)速度。為此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)，給芯片上的光子增加“車道”而又互不干擾，能像集成電路一樣大規(guī)模布線。

包括新型冠狀病毒、禽流感、埃博拉、天花等在內(nèi)的疾病都是由僅數(shù)十至幾百納米大小的病毒導(dǎo)致的。浙江大學(xué)劉旭教授和匡翠方教授課題組開發(fā)出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新型時(shí)空超分辨光學(xué)顯微鏡（應(yīng)用研究類成果），可對活細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速、長時(shí)程、多色和三維超分辨成像研究，為微管、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和細(xì)胞膜等亞細(xì)胞組織的生物動(dòng)力學(xué)分析提供了有力的研究工具。

由于缺乏有效的藍(lán)光發(fā)射材料，高性能藍(lán)光激光的研究一直面臨挑戰(zhàn)。中科院上海光機(jī)所張龍、董紅星研究員領(lǐng)銜的微結(jié)構(gòu)光物理研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)一種新型材料能夠?qū)崿F(xiàn)有效藍(lán)光發(fā)射，成功實(shí)現(xiàn)高性能藍(lán)光單模激光輸出。全色顯示至少需要紅、綠、藍(lán)三原色光才能實(shí)現(xiàn)，白光照明的實(shí)現(xiàn)也需要有效藍(lán)光發(fā)射器件的加入。該藍(lán)光發(fā)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(yīng)用價(jià)值。

為了精確地了解很多物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分，X射線光譜分析十分重要。越來越精細(xì)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，部分設(shè)備需要超高亮度光源和長達(dá)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(shù)難度極高。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所歐欣研究員與同濟(jì)大學(xué)合作者，提出一種大面積制備超高線密度光柵器件的方法，將為未來大幅減小光譜設(shè)備尺寸、提高測試精度提供了一種方案。

基礎(chǔ)研究類（排名不分先后）：

微腔表面對稱破缺誘導(dǎo)非線性光學(xué)

北京大學(xué)肖云峰教授和龔旗煌院士的研究團(tuán)隊(duì)與其合作者，利用超高品質(zhì)因子回音壁模式光學(xué)微腔，極大增強(qiáng)了表面對稱性破缺誘導(dǎo)的非線性光學(xué)效應(yīng)，得到的二次諧波轉(zhuǎn)換效率提升了14個(gè)數(shù)量級。

近場光學(xué)旋渦中的光學(xué)斯格明子結(jié)構(gòu)

深圳大學(xué)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(chǎn)生的“光學(xué)斯格明子”結(jié)構(gòu)，并揭示了存在其內(nèi)部的光學(xué)自旋超精細(xì)結(jié)構(gòu)，在亞納米光學(xué)位移傳感、光學(xué)超分辨顯微成像等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用前景。

首個(gè)三維光學(xué)拓?fù)浣^緣體

浙江大學(xué)陳紅勝教授課題組與其合作者，成功研制首個(gè)三維光學(xué)拓?fù)浣^緣體，將三維拓?fù)浣^緣體從費(fèi)米子體系擴(kuò)展到了玻色子體系，有望大幅度提高光子在波導(dǎo)中的傳輸效率。

高效穩(wěn)定非鉛鹵化物雙鈣鈦礦暖白光

華中科技大學(xué)武漢國家光電研究中心唐江教授團(tuán)隊(duì)及其合作者，闡明了非鉛鹵素鈣鈦礦Cs2AgInCl6的自限域激子發(fā)光機(jī)理，并通過Na+合金化和Bi3+痕量摻雜實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的單基質(zhì)白光發(fā)光，突破了單基質(zhì)白光熒光粉的效率瓶頸，為非鉛鈣鈦礦發(fā)光材料的研究指明了一條道路，有希望在綠色照明方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

兼具高亮度和高效率的量子點(diǎn)發(fā)光二極管

河南大學(xué)申懷彬、李林松、杜祖亮教授等人與其合作者，通過設(shè)計(jì)合成新型核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，研發(fā)了兼具高亮度、高效率和長壽命紅綠藍(lán)三基色QLED器件，其中多項(xiàng)性能指標(biāo)創(chuàng)世界記錄，該研究結(jié)果有望加速推進(jìn)QLED在高亮高效顯示和照明領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)程。

雙層三碘化鉻中由層間反鐵磁誘導(dǎo)的非互易二次諧波

復(fù)旦大學(xué)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(jié)構(gòu)的非互易二次諧波非線性光學(xué)響應(yīng)，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(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。

首次利用臺式化高重頻飛秒激光器驅(qū)動(dòng)千特斯拉強(qiáng)磁場自組織放大

中科院上海光機(jī)所劉建勝、田野課題組利用一束飛秒預(yù)脈沖激光產(chǎn)生膨脹的高溫稠密等離子體半球，然后再利用一束飛秒強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)強(qiáng)流電子束誘導(dǎo)等離子體韋伯不穩(wěn)定性的增長，實(shí)驗(yàn)獲得了強(qiáng)度高達(dá)千特斯拉量級、自組織放大的強(qiáng)磁場陣列。研究結(jié)果開辟了利用小型化激光裝置研究高能量密度物理及實(shí)驗(yàn)天體物理的新途徑，可以更深入地研究和理解磁場的產(chǎn)生、放大、磁重聯(lián)及天體現(xiàn)象的本質(zhì)。

關(guān)鍵量子信息器件——“三高”量子糾纏光源研究

中山大學(xué)王雪華教授團(tuán)隊(duì)與其合作者，提出一種能克服光子側(cè)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(jié)構(gòu)，其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過90%、最高可達(dá)95%，在國際上率先制備出同時(shí)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。

4萬億幀/秒：壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)創(chuàng)造超快成像新紀(jì)錄

西安交通大學(xué)陳烽教授團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)王立代博士團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種全新的“壓縮超快時(shí)間光譜成像術(shù)”（CUST），在幀率、幀數(shù)、和精細(xì)光譜成像等方面突破了現(xiàn)有超快成像技術(shù)的局限，研究成果發(fā)表在Physical Review Letters上。

CUST通過對飛秒激光進(jìn)行數(shù)字編碼，并在時(shí)間和光譜維度上進(jìn)行壓縮和解壓縮，從而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速度、高幀數(shù)以及高光譜分辨率。CUST的超高幀率可以達(dá)到3.85 THz（1THz=1012Hz），和亞納米級超高光譜分辨率。

光的波粒二象性的可控量子疊加

南京大學(xué)馬小松教授和祝世寧院士課題組利用多光子糾纏態(tài)的非局域特性，構(gòu)建了遠(yuǎn)程的量子邏輯門。在嚴(yán)格滿足愛因斯坦局域性的條件下，觀測到了光的波動(dòng)性與粒子性的可控量子疊加。該項(xiàng)工作為未來的量子技術(shù)提供了新的調(diào)控手段。

應(yīng)用研究類（排名不分先后）：

基于類人算法的智能鎖模激光器

上海交通大學(xué)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(dòng)鎖模激光器失鎖難以自動(dòng)恢復(fù)的難題，最快開機(jī)自動(dòng)鎖模僅需0.22s，失鎖恢復(fù)則僅需14.8 ms，均大幅刷新了之前的記錄，具有重要的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）徐科副教授、宋清海教授與上海交通大學(xué)杜江兵副研究員、何祖源教授團(tuán)隊(duì)合作，通過對波導(dǎo)有效折射率的精細(xì)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了片上模分復(fù)用關(guān)鍵器件的小型化，并完成了三模式復(fù)用的高速信號3×112 Gbit/s在片上的任意傳輸和互連。這為片上多模光學(xué)系統(tǒng)的大規(guī)模集成解決了模間串?dāng)_和損耗問題。

基于多角度干涉的三維多色活細(xì)胞超分辨光學(xué)顯微鏡

浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院劉旭教授和匡翠方教授課題組在超時(shí)空分辨活細(xì)胞成像系統(tǒng)和方法研制方面取得突破，開發(fā)出了新型的光學(xué)超分辨成像技術(shù)——多角度干涉顯微鏡（MAIM）。

無磁光場非互易放大

華東理工大學(xué)龔尚慶、鈕月萍教授團(tuán)隊(duì)與其合作者，將原子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)和拉曼增益結(jié)合，提出了可在自由空間實(shí)現(xiàn)光波波段非互易放大的原創(chuàng)性方案，并在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。這一方案為常溫工作、易于調(diào)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(diào)制器

中山大學(xué)蔡鑫倫、余思遠(yuǎn)課題組與其合作者，通過在硅基芯片上異質(zhì)集成鈮酸鋰材料，實(shí)現(xiàn)了高性能的硅和鈮酸鋰異質(zhì)集成電光調(diào)制芯片，在光學(xué)損耗、調(diào)制帶寬、半波電壓和線性度等方面突破了傳統(tǒng)硅基電光調(diào)制的局限。所有材料與器件工藝完全依靠國內(nèi)自主條件，具備完全的自主知識產(chǎn)權(quán)。

采用反向外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)晶圓級亞50nm周期的多層膜光柵器件制備

中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所歐欣研究員與同濟(jì)大學(xué)合作者，提出了一種制備大面積超高線密度光柵的新方法，在2英寸晶圓上實(shí)現(xiàn)了＞20000線/毫米光柵器件的制備；通過與高效率X射線多層膜相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)角色散性能比現(xiàn)有成熟技術(shù)制備的最高線密度光柵（5000線/毫米）高6倍。該技術(shù)已經(jīng)獲得三項(xiàng)中國發(fā)明專利和一項(xiàng)德國專利的授權(quán)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

高性能藍(lán)光單模微納激光

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光與紅外材料實(shí)驗(yàn)室張龍研究員領(lǐng)銜的微結(jié)構(gòu)與光物理研究團(tuán)隊(duì)在藍(lán)光單模微納激光研究方向取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種新型全無機(jī)鈣鈦礦RbPbBr3材料，成功實(shí)現(xiàn)高性能藍(lán)光單模激光輸出。

突破線性界限制的光纖量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士和韓正甫教授領(lǐng)導(dǎo)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(fā)協(xié)議，有效提升了雙場類協(xié)議的執(zhí)行效率?；谠搮f(xié)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(bǔ)償兩項(xiàng)核心技術(shù)，在300km常規(guī)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(shí)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)無中繼長距離城際量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)邁出了關(guān)鍵的一步。

動(dòng)態(tài)平面光子元件

南京大學(xué)胡偉教授、陸延青教授團(tuán)隊(duì)與其合作者，通過設(shè)計(jì)摻入光控手性翻轉(zhuǎn)分子機(jī)器的自組裝螺旋超結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了工作波段連續(xù)可調(diào)、共軛相位分布光控變換的平面光子元件，提供了一種動(dòng)態(tài)平面光子元件的實(shí)用方案。

基于有機(jī)打印微納激光陣列的全色激光顯示

中科院化學(xué)所趙永生、閆永麗研究員及其合作者，充分發(fā)揮有機(jī)材料在溶液加工方面的優(yōu)勢，利用噴墨打印的方式精準(zhǔn)構(gòu)建了紅綠藍(lán)微納激光陣列作為顯示面板，首次實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)發(fā)光平板激光顯示，為發(fā)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。