由中科院上海光學精密機械研究所和中國光學學會主辦的中國激光雜志社近日發(fā)布“2019年度中國光學十大進展”。量子密鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項重大光學進展從110項成果中脫穎而出（基礎研究類與應用研究類各10項）。

澎湃新聞（www.thepaper）對其中部分成果進行了深度解讀。

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

在基礎研究類中，西安交通大學教授陳烽制造了每秒4萬億幀的超快相機，光譜分辨率達到了亞納米級（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記者專訪時表示，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動過程，讓光子的運動軌跡像電影《黑客帝國》里的子彈一般慢動作回放。

北京大學肖云峰教授和龔旗煌院士領導的研究團隊用一種原理類似天壇回音壁的光學微腔，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個數(shù)量級。業(yè)內(nèi)專家解讀道，這種增強后的光學信號可以作為一種超高靈敏度的無標記“探針”，用來檢測和研究材料表面分子的結構、排布、吸收等物理、化學性質。

在應用研究類中，哈爾濱工業(yè)大學（深圳）副教授徐科、教授宋清海與上海交通大學研究員杜江兵、教授何祖源團隊合作，解決了模分復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，該團隊設計了一種新型結構，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致的。浙江大學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(nèi)質網(wǎng)、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。

由于缺乏有效的藍光發(fā)射材料，高性能藍光激光的研究一直面臨挑戰(zhàn)。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(fā)現(xiàn)一種新型材料能夠實現(xiàn)有效藍光發(fā)射，成功實現(xiàn)高性能藍光單模激光輸出。全色顯示至少需要紅、綠、藍三原色光才能實現(xiàn)，白光照明的實現(xiàn)也需要有效藍光發(fā)射器件的加入。該藍光發(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用價值。

為了精確地了解很多物質內(nèi)部結構和成分，X射線光譜分析十分重要。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，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(tǒng)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，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。

基礎研究類（排名不分先后）：

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(shù)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(chǎn)生的“光學斯格明子”結構，并揭示了存在其內(nèi)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(wěn)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(fā)光機理，并通過Na+合金化和Bi3+痕量摻雜實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的單基質白光發(fā)光，突破了單基質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現(xiàn)應用。

兼具高亮度和高效率的量子點發(fā)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(fā)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(chuàng)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(lián)。

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(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激光驅動強流電子束誘導等離子體韋伯不穩(wěn)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(chǎn)生、放大、磁重聯(lián)及天體現(xiàn)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。

4萬億幀/秒：壓縮超快時間光譜成像術創(chuàng)造超快成像新紀錄

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

CUST通過對飛秒激光進行數(shù)字編碼，并在時間和光譜維度上進行壓縮和解壓縮，從而能夠同時實現(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（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0.22s，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(chǎn)業(yè)應用價值。

可密集集成和任意路由的模分復用光子芯片

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

基于多角度干涉的三維多色活細胞超分辨光學顯微鏡

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

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(xiàn)光波波段非互易放大的原創(chuàng)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(xiàn)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(tǒng)硅基電光調制的局限。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。

采用反向外延技術實現(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)與信息技術研究所歐欣研究員與同濟大學合作者，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射線多層膜相結合，實驗角色散性能比現(xiàn)有成熟技術制備的最高線密度光柵（5000線/毫米）高6倍。該技術已經(jīng)獲得三項中國發(fā)明專利和一項德國專利的授權，具有完全自主知識產(chǎn)權。

高性能藍光單模微納激光

中國科學院上海光學精密機械研究所激光與紅外材料實驗室張龍研究員領銜的微結構與光物理研究團隊在藍光單模微納激光研究方向取得重要進展。該團隊發(fā)現(xiàn)一種新型全無機鈣鈦礦RbPbBr3材料，成功實現(xiàn)高性能藍光單模激光輸出。

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(fā)協(xié)議，有效提升了雙場類協(xié)議的執(zhí)行效率。基于該協(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償兩項核心技術，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驗，為實現(xiàn)無中繼長距離城際量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡邁出了關鍵的一步。

動態(tài)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(xiàn)了工作波段連續(xù)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(tài)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(fā)揮有機材料在溶液加工方面的優(yōu)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(xiàn)了主動發(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。