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中国激光杂志社发布2019年度中国光学十大进展
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      3月20日,中国激光杂志社发布“2019年度中国光学十大进展”。量子密钥分发、光子芯片、智能激光器、全色激光显示等20项重大光学进展入选(基础研究类与应用研究类各10项)。
     本年度入选成果既有围绕国家科技战略展开的重大科研项目,也有可能在将来服务社会、与百姓密切相关的应用研究。
在近期爆发的新型冠状病毒疫情牵动全球,包括禽流感、埃博拉、天花等在内的疾病都是由仅数十至几百纳米大小的病毒导致的。显微镜正是探索研究这些病毒世界必不可少的工具。      
     在入选成果中,浙江大学刘旭教授和匡翠方教授课题组开发出了具有完全自主知识产权的新型时空超分辨光学显微镜(应用研究类成果),可对活细胞表面结构进行快速、长时程、多色和三维超分辨成像研究,为微管、内质网、线粒体和细胞膜等亚细胞组织的生物动力学分析提供了有力的研究工具。

 
  光子芯片被视为大规模集成电路之后的又一颠覆性技术。集成光子芯片已经成为自动驾驶、新一代计算机、超高清电视等领域的核心部件。与电处理芯片相比,光芯片能耗更低、速度更快,而且能利用波长、模式、偏振等参量实现多路并行处理技术。哈尔滨工业大学(深圳)徐科副教授、宋清海教授与其合作者,通过对波导模场的精细调控实现了片上光学结构和系统的小型化和低损耗,使得大规模片上光学系统密集集成成为可能(应用研究类成果)。这项研究将进一步推动集成光子芯片在光通信、人工智能、激光雷达、平行计算、三维光电集成等众多高新领域快速发展和应用。

 
 
      光速,光子在真空中的速度,是我们已知宇宙中存在的最快速度。捕获光子的轨迹一直是科学家们的梦想。但目前已有的商用高速相机和专业工业高速相机,对于超快速的过程探测来说还是太慢了。西安交通大学陈烽教授团队与合作者提出了一种基于时频变换思想的“压缩超快时间光谱成像术”(CUST)(基础研究类成果),突破了现有超快成像技术的局限,并以4万亿帧/每秒成像速度成功捕获到光子的运动。这一成果将大力推动未来新材料、新的信息、生物、医疗、工程等技术的快速发展。
 

 
      微纳激光光源在激光显示、照明、集成光学、光电子通讯等领域具有非常广泛的应用前景。但是,由于缺乏有效的蓝光发射材料,高性能蓝光激光的研究一直面临挑战。中科院上海光机所张龙、董红星研究员领衔的微结构光物理研究团队,发现一种新型材料能够实现有效蓝光发射,成功实现高性能蓝光单模激光输出(应用研究类成果)。全色显示至少需要红、绿、蓝三原色光才能实现,白光照明的实现也需要有效蓝光发射器件的加入。该蓝光发射微球激光器在激光全色显示、白色激光照明及多色微纳激光器研究等方面具有重要的研究意义和应用价值。

 
      在人们生活和科研工作中,我们需要精确地了解很多物质内部结构和成分,X射线光谱分析扮演着十分重要的角色。越来越精细的测试需求对其核心部件高分辨率光栅的线密度也提出越来越高的要求。为了达到测试精度,部分设备需要超高亮度光源和长达10米左右的测量臂长,而且核心部件高分辨率、高线密度光栅器件制备技术难度极高。中科院上海微系统与信息技术研究所欧欣研究员与同济大学合作者,提出一种大面积制备超高线密度光栅器件的方法(应用研究类成果),将为未来大幅减小光谱设备尺寸、提高测试精度提供了一种方案。
 
 
      中国光学十大进展由中国激光杂志社发起,经过首轮推荐、初评、终评三个环节,最终20项优秀的光学成果从110项研究进展中脱颖而出,入选2019年度中国光学十大进展(基础研究类与应用研究类各10项)。评选委员会由48位光学与光子学领域的专家组成,综合考虑候选成果的学术价值和应用价值,从候选进展中初评30项进入终评,并以无记名投票方式产生“2019年度中国光学十大进展”。入选2019年度中国光学十大进展的成果还有(排名不分先后):
      基础研究类:
      微腔表面对称破缺诱导非线性光学
     北京大学肖云峰教授和龚旗煌院士的研究团队与其合作者,利用超高品质因子回音壁模式光学微腔,极大增强了表面对称性破缺诱导的非线性光学效应,得到的二次谐波转换效率提升了14个数量级。
 
 
      近场光学旋涡中的光学斯格明子结构
      深圳大学杜路平、袁小聪教授与其合作者,在国际上首次揭示了由光的自旋-轨道耦合产生的“光学斯格明子”结构,并揭示了存在其内部的光学自旋超精细结构,在亚纳米光学位移传感、光学超分辨显微成像等领域具有重大应用前景。

 
      首个三维光学拓扑绝缘体
      浙江大学陈红胜教授课题组与其合作者,成功研制首个三维光学拓扑绝缘体,将三维拓扑绝缘体从费米子体系扩展到了玻色子体系,有望大幅度提高光子在波导中的传输效率。


      高效稳定非铅卤化物双钙钛矿暖白光
      华中科技大学武汉国家光电研究中心唐江教授团队及其合作者,阐明了非铅卤素钙钛矿Cs2AgInCl6的自限域激子发光机理,并通过Na+合金化和Bi3+痕量掺杂实现了高效稳定的单基质白光发光,突破了单基质白光荧光粉的效率瓶颈,为非铅钙钛矿发光材料的研究指明了一条道路,有希望在绿色照明方面实现应用。

 
      兼具高亮度和高效率的量子点发光二极管
      河南大学申怀彬、李林松、杜祖亮教授等人与其合作者,通过设计合成新型核壳结构量子点,研发了兼具高亮度、高效率和长寿命红绿蓝三基色QLED器件,其中多项性能指标创世界记录,该研究结果有望加速推进QLED在高亮高效显示和照明领域应用的进程。

 
      双层三碘化铬中由层间反铁磁诱导的非互易二次谐波
      复旦大学吴施伟课题组与其合作者,在二维磁性材料双层三碘化铬(CrI3)中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应,并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。


 
      首次利用台式化高重频飞秒激光器驱动千特斯拉强磁场自组织放大
      中科院上海光机所刘建胜、田野课题组利用一束飞秒预脉冲激光产生膨胀的高温稠密等离子体半球,然后再利用一束飞秒强激光驱动强流电子束诱导等离子体韦伯不稳定性的增长,实验获得了强度高达千特斯拉量级、自组织放大的强磁场阵列。研究结果开辟了利用小型化激光装置研究高能量密度物理及实验天体物理的新途径,可以更深入地研究和理解磁场的产生、放大、磁重联及天体现象的本质。

 
      关键量子信息器件——“三高”量子纠缠光源研究
      中山大学王雪华教授团队与其合作者,提出一种能克服光子侧向和背向泄漏、并能极大提高光子前向出射的新型微纳“射灯”结构,其单光子理论收集效率在较大的带宽中超过90%、最高可达95%,在国际上率先制备出同时具备“三高”——高亮度、高全同性、高纠缠保真度的量子纠缠光子对源。

 
  光的波粒二象性的可控量子叠加
  南京大学马小松教授和祝世宁院士课题组利用多光子纠缠态的非局域特性,构建了远程的量子逻辑门。在严格满足爱因斯坦局域性的条件下,观测到了光的波动性与粒子性的可控量子叠加。该项工作为未来的量子技术提供了新的调控手段。
 
 
      应用研究类:
      基于类人算法的智能锁模激光器
     上海交通大学义理林教授课题组提出了基于类人算法的智能锁模激光器,解决了被动锁模激光器失锁难以自动恢复的难题,最快开机自动锁模仅需0.22 s,失锁恢复则仅需14.8 ms,均大幅刷新了之前的记录,具有重要的产业应用价值。

 
  无磁光场非互易放大
  华东理工大学龚尚庆、钮月萍教授团队与其合作者,将原子热运动导致的多普勒效应和拉曼增益结合,提出了可在自由空间实现光波波段非互易放大的原创性方案,并在实验上进行了验证。这一方案为常温工作、易于调控、小型化可集成的无磁非互易放大器研制提供了新的途径。

 
      大带宽、低损耗、高效率、高集成度的硅基电光调制器
      中山大学蔡鑫伦、余思远课题组与其合作者,通过在硅基芯片上异质集成铌酸锂材料,实现了高性能的硅和铌酸锂异质集成电光调制芯片,在光学损耗、调制带宽、半波电压和线性度等方面突破了传统硅基电光调制的局限。所有材料与器件工艺完全依靠国内自主条件,具备完全的自主知识产权。
 
 
      突破线性界限制的光纤量子密钥分发系统
      中国科学技术大学郭光灿院士和韩正甫教授领导的量子密码研究组首先在理论上提出了免相位后选择的双场量子密钥分发协议,有效提升了双场类协议的执行效率。基于该协议,研究人员突破了异地孪生光场制备和长距离信道相位补偿两项核心技术,在300 km常规商用光纤信道中,率先完成了超越线性界限制的高密钥生成率实验,为实现无中继长距离城际量子密钥分发网络迈出了关键的一步。

 
      动态平面光子元件
      南京大学胡伟教授、陆延青教授团队与其合作者,通过设计掺入光控手性翻转分子机器的自组装螺旋超结构,实现了工作波段连续可调、共轭相位分布光控变换的平面光子元件,提供了一种动态平面光子元件的实用方案。

      基于有机打印微纳激光阵列的全色激光显示
      中科院化学所赵永生、闫永丽研究员及其合作者,充分发挥有机材料在溶液加工方面的优势,利用喷墨打印的方式精准构建了红绿蓝微纳激光阵列作为显示面板,首次实现了主动发光平板激光显示,为发展高性能、易加工的平板激光显示及照明器件提供了一种可行的解决方案。


本文来源:中国激光杂志社
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