2022 中國光學領域十大社會影響力事件

Light10

入 圍 名 單

說明：排名不分先后，按原報道發布日期排序

1. 突破半導體激光技術瓶頸！拓撲腔面發射激光器問世

中科院物理所陸凌團隊將此前原創的“狄拉克渦旋”拓撲光腔，成功應用于面發射半導體激光芯片中，從原理上突破眼下半導體激光的技術瓶頸，同時多數量級地提高其出射功率和光束質量。研制出的拓撲腔面發射激光器，將有可能運用在手機的人臉識別、自動駕駛的激光雷達以及虛擬現實的三維感知等領域，相關研究成果發表于Nature Photonics (見TCSEL.com)。

2.超高分辨率量子點發光二極管打開“元宇宙”通路

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

3.量子直接通信距離首次達到100公里

北京量子信息科學研究院副院長、清華大學教授龍桂魯團隊和清華大學教授陸建華團隊合作，設計和實現了一種相位量子態與時間戳量子態混合編碼的量子直接通信新系統，通信距離達到100公里，是當前世界最長的量子直接通信距離。這樣的指標可以在無中繼條件下實現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典中繼的廣域量子網絡一些應用。相關成果發表在Light：Science & Applications。

4.歷久彌新，46階非線性熒光賦能共聚焦62nm分辨率

已普及數十年的共聚焦顯微鏡有光路簡單、可見即可得的優點，應用廣，但分辨率受限通常在200nm以上。為此，華南師范大學詹求強教授課題組提出了遷移光子雪崩機理，攻克了光子雪崩效應難以在納米尺度觀測的長期難題，在常溫納米探針中實現了國際報道最高的46階非線性響應熒光，基于此僅利用單束、300uW、連續激光實現了62nm (λ/14)分辨率，是傳統共聚焦分辨率的4倍左右，并實現了亞細胞結構的觀測。該成果通過純物理法打破共聚焦技術瓶頸，為生物醫學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、光刻等前沿領域也具有重要應用價值。相關成果發表于Nature Nanotechnology。

5.新型硅基光電子片上集成系統問世

北京大學教授王興軍課題組和美國加州大學圣芭芭拉分校教授John E. Bowers課題組在世界上首次報道了由集成微腔光梳驅動的新型硅基光電子片上集成系統，研究團隊歷時3年協同攻關，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合，是世界學術界和產業界關注的焦點，它打通了光頻梳從實驗室走向產業化的最后一公里，從而可以真正讓這項技術走向大規模應用。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。相關成果發表于Nature。

6.破解鈣鈦礦LED穩定性難題，超長壽命的鈣鈦礦LED誕生

浙江大學狄大衛教授與趙保丹研究員團隊為鈣鈦礦LED穩定性問題提供了解決方案。他們在器件發光層中引入雙極性分子穩定劑，抑制了電場下的離子遷移，獲得了壽命遠超預想的鈣鈦礦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），首次達到滿足實際應用的水平。在更低的輻亮度下，其壽命預期甚至有望達到270年。這些創紀錄的器件在5 mA/cm2的恒定電流下持續工作5個月（3600小時），輻亮度仍無明顯下降。相關成果發表于Nature Photonics。

7.我國科學家實現納米尺度光操控

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操控是其中最關鍵的科學問題。為此，國家納米科學中心戴慶課題組與合作者構建了高質量的石墨烯/α相氧化鉬異質結，實現了極化激元等頻色散輪廓的拓撲轉變，打破了聲子極化激元傳輸受材料晶向限制的瓶頸。進一步利用寬度僅有1.5μm二氧化硅平面透鏡，實現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，為設計亞波長納米光學器件和進一步實現片上光電互聯功能提供了重要基礎。相關成果發表于Nature Nanotechnology，同期配發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”：無反射拓撲波導

在傳統光學器件中，光遇到缺陷、無序、尖銳拐角等障礙時會產生背向反射，嚴重降低光學器件的傳輸性能。從根本物理原理上來說，原因在于傳統光學器件同時存在兩種沿相反方向傳輸的波導模式。為了克服這一限制，南方科技大學高振副教授，浙江大學楊怡豪研究員，電子科技大學周佩珩教授，南洋理工大學張柏樂教授、Chong Yidong教授、劉癸庚博士等研究人員首次提出并實現了一種三維光學拓撲陳絕緣體，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生任何背向反射。該工作構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，未來有望應用于三維拓撲光學集成電路、拓撲波導、拓撲激光等諸多領域。與此同時，在該三維光學陳絕緣體中也發現了拓撲陳矢量和動量空間中的霍普夫紐結等新穎物理現象，對基礎拓撲物理學同樣具有重要意義。相關研究成果發表于Nature。

9.我國科學家首次實現納米晶體激光3D打印，助力下一代三維光量子芯片

化學合成的納米粒子種類豐富、性能優異，但如何進一步將其器件化、集成化和芯片化？技術工藝長期缺失。清華大學精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授團隊提出全新原理的光激發誘導化學鍵合技術，利用光生高能載流子調控納米顆粒的表面化學活性，實現了納米粒子的三維超精密激光裝配，極限分辨率達到77 nm。該技術賦予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。相關成果發表于Science，獲Physics Today、《光明日報》等國內外媒體的廣泛報道。芝加哥大學Talapin教授評價：這項工作使得利用3D打印機一鍵生成多種功能器件的夢想有望變成現實。

10.國內首款全自主計算光刻EDA軟件研發成功

“OPC是芯片設計工具EDA工業軟件的一種，沒有這種軟件，即使有光刻機，也造不出芯片。從基礎研究到產業化應用，我們團隊堅持最底層的代碼一行行敲、最基礎的公式一個個算，整整走了十年。十年磨一劍，就是要解決芯片從設計到制造的卡脖子問題?！比A中科技大學機械學院劉世元教授團隊成功研發我國首款完全自主可控的OPC算法軟件，并已在宇微光學軟件有限公司實現成果轉化和產業化，填補了國內空白。