近日，中國激光雜志社發(fā)布“2022中國光學十大進展”提名獎。華中科技大學費鵬、張玉慧團隊的多級衍射光片成像技術(shù)實現(xiàn)活細胞3D動態(tài)超分辨觀測等20項成果分別榮獲“2022中國光學十大進展”提名獎（基礎(chǔ)研究類）和“2022中國光學十大進展”提名獎（應用研究類）。
 

基礎(chǔ)研究類

（10項）

1. 效率首次突破量子不可克隆極限的微波——光波相干轉(zhuǎn)換

華南師范大學廖開宇、顏輝、朱詩亮團隊在量子網(wǎng)絡領(lǐng)域取得重要研究進展：理論提出并實驗實現(xiàn)了一種基于非共振六波混頻的微波-光波相干轉(zhuǎn)換方案，利用冷原子系綜實現(xiàn)了效率超過82%的微波-光波相干轉(zhuǎn)換，為超導量子計算機光學接口的實用化奠定了基礎(chǔ)。

2. 首次實現(xiàn)非重力壓制下的鍶原子淺光晶格赫茲窄譜

中國科學院授時中心常宏團隊和重慶大學汪濤、張學鋒團隊合作，國際上首次利用弗洛凱技術(shù)在鍶原子淺光晶格鐘平臺上將kHz的譜線壓窄到Hz級別。該實驗不僅為量子精密測量提供了新的思路，也向空間載星載光鐘邁出了重要的一步。

3. 近場光學旋渦中的光學斯格明子結(jié)構(gòu)

深圳大學袁小聰、杜路平團隊通過研究旋轉(zhuǎn)對稱性破缺下的光學自旋-軌道耦合，發(fā)現(xiàn)并論證了光學自旋拓撲態(tài)與對稱性的緊密聯(lián)系，揭示了自旋拓撲光子學新物理，在光學位移傳感、磁疇檢測、量子技術(shù)等領(lǐng)域具有重大的應用前景。

4. 基于液態(tài)水的寬帶太赫茲脈沖相干探測

首都師范大學張亮亮聯(lián)合北京理工大學趙躍進、中國人民大學王偉民團隊在國際上首次實現(xiàn)了基于液態(tài)水對寬帶太赫茲波的相干探測，獲得太赫茲電場的時域波形，頻譜響應達到0.1~18 THz，并可擴展到更寬的范圍。此方案突破了傳統(tǒng)的固體探測中頻譜受限的瓶頸，所需激光能量比氣體探測低2個量級，靈敏度提高一個量級。后續(xù)研究證實液體探測可通過改變液體種類等手段進一步提高性能，并為生物水環(huán)境下分子動力學研究提供新的技術(shù)途徑，促進了太赫茲液體光子學的發(fā)展。

5. 實現(xiàn)46階非線性光子雪崩效應及超分辨熒光成像

華南師范大學詹求強團隊在物理原理上創(chuàng)新提出了在不同發(fā)光離子間遷移光子雪崩效應的新機理，基于低功率連續(xù)激光激發(fā)在納米尺度、室溫條件下實現(xiàn)了46階的超高階非線性熒光效應；基于此效應，在光學應用上使用單束連續(xù)激光實現(xiàn)了λ/14的遠場光學分辨率，功率僅需300微瓦，系統(tǒng)條件也比傳統(tǒng)共聚焦更簡易，進一步還實現(xiàn)了亞細胞超分辨生物成像。該成果通過純物理法打破光學衍射極限，為超分辨顯微成像提供簡便方法的同時，在其他同樣需要克服衍射極限的光刻、光存儲、光傳感等領(lǐng)域也具有廣闊的應用空間。

6. 大面積、高通量的魯棒性單向體態(tài)傳輸

華南理工大學李志遠團隊提出異質(zhì)Haldane模型預測了電子體系中單向體態(tài)的存在，可實現(xiàn)能量的高通量輸運。他們進一步將該模型拓展至光子學領(lǐng)域，在異質(zhì)磁化的緊湊型二維蜂窩晶格磁光光子晶體中實現(xiàn)了電磁波的長距離、大面積、高通量、強魯棒性單向體態(tài)傳輸。該研究工作拓展了人們對拓撲物相的認識，豐富了拓撲物態(tài)調(diào)控的手段，并為開發(fā)高通量、強魯棒性能量輸運材料及結(jié)構(gòu)提供新思路。

7. 基于叉指電極結(jié)構(gòu)的無載流子注入的發(fā)光器件

清華大學寧存政團隊突破傳統(tǒng)半導體光電子器件設(shè)計框架，充分利用二維半導體激子結(jié)合能大的優(yōu)勢，提出一種基于叉指電極結(jié)構(gòu)的二維半導體發(fā)光器件。該器件不需要電極與二維半導體直接接觸并注入載流子，不需要對二維半導體進行摻雜或制作PN結(jié)，而是通過電場加速材料中已有載流子，使之與半導體價帶電子碰撞，產(chǎn)生激子并發(fā)光。該結(jié)構(gòu)可以利用碎片化二維半導體制備大尺寸及多波長發(fā)光器件。

8. 利用熱活化延遲熒光發(fā)光機制實現(xiàn)高效X射線閃爍和成像

浙江大學楊旸等人和合作者探索了X射線激發(fā)物質(zhì)分子的激發(fā)態(tài)物理機制，與紫外可見光激發(fā)不同，團隊發(fā)現(xiàn)X射線光子會激發(fā)大量三線態(tài)暗激子，并提出了定量測量單三線態(tài)生成比例的方法。基于這一物理圖象，團隊借鑒有機發(fā)光顯示領(lǐng)域的知識，首次提出了利用熱活化延遲熒光高效、高速利用X射線激發(fā)下的三線態(tài)暗激子的新機制，為X射線成像應用提供了新的科學基礎(chǔ)。

9. 發(fā)現(xiàn)光學自旋-軌道映射新奇現(xiàn)象

華中科技大學王健團隊在各向同性光纖波導介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了一種光纖本征模退簡并特性引起的光學自旋-軌道映射新現(xiàn)象。該發(fā)現(xiàn)豐富了光的自旋-軌道相互作用的內(nèi)涵，為光的自旋與軌道自由度提供了新的操控手段，有望應用于光通信、光計量和量子光學等領(lǐng)域。

10.飛秒激光直寫三維無機納米結(jié)構(gòu)研究取得新進展

中國科學院理化技術(shù)研究所金峰、鄭美玲聯(lián)合暨南大學段宣明等在飛秒激光三維無機納米結(jié)構(gòu)加工方面取得新進展。研究團隊利用超快激光多光子效應，實現(xiàn)了無機光刻膠超衍射納米光刻，獲得了激光波長三十分之一的26 nm特征尺寸、具有優(yōu)異耐高溫和耐溶劑性能的3D無機微結(jié)構(gòu)與器件，為發(fā)展新型3D無機納米結(jié)構(gòu)和器件提供了新方法。

 

應用研究類

（10項）

1. 實現(xiàn)高維量子計算芯片

北京大學王劍威團隊與合作者實現(xiàn)了一款基于大規(guī)模硅基集成光量子芯片的可編程高維量子處理器，實現(xiàn)了高維單量子位和雙量子位的初始化、操作和測量，提供了一種自上而下、從算法到量子門操作、從頂層需求到底層物理實現(xiàn)的高維量子計算架構(gòu)，通過編程重構(gòu)該處理器超過百萬次以上，實現(xiàn)了一系列高保真量子邏輯門操作，執(zhí)行了多種重要的高維量子傅立葉變換類算法，實現(xiàn)了高維量子計算的原理性驗證。

2.超表面實時超光譜成像芯片

清華大學崔開宇等人研制成功的國際首款實時超光譜成像芯片，可一次獲取空間15萬個像素點的超光譜信息，利用這一芯片成功獲取了活體大鼠腦部血紅蛋白及其衍生物特征光譜的動態(tài)變化。這一成果相比已有片上光譜檢測技術(shù)實現(xiàn)了從單點微型光譜儀到實時超光譜成像芯片的跨越，可為成像技術(shù)開創(chuàng)物質(zhì)解析新維度，具有高精度、芯片化、可量產(chǎn)的優(yōu)勢，有望成為下一代成像芯片的顛覆性技術(shù)，相關(guān)成果已進行應用推廣和產(chǎn)業(yè)化。

3.計算超分辨圖像重建通用算法，穩(wěn)定提升熒光顯微鏡兩倍分辨率

北京大學陳良怡與哈爾濱工業(yè)大學李浩宇團隊合作，通過提出“熒光圖像的分辨率提高等價于圖像的相對稀疏性增加”通用先驗知識，發(fā)明稀疏解卷積算法，突破現(xiàn)有顯微系統(tǒng)光學硬件限制，首次實現(xiàn)通用計算熒光超分辨率成像。結(jié)合自主研發(fā)的結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)，實現(xiàn)目前活細胞成像中最高空間分辨率（60 nm）下，速度最快（564 Hz）、成像時間最長（1小時以上）的超分辨成像。

4.高功率全光纖綠光激光器邁向?qū)嵱没?/span>

廈門大學羅正錢團隊與華為公司合作，提出摻鐠雙包層光纖下轉(zhuǎn)換直接產(chǎn)生綠光激光，發(fā)展可見光光纖端面介質(zhì)膜技術(shù)構(gòu)建全光纖綠光諧振腔，獲得521 nm輸出功率3.6 W綠光激光，實現(xiàn)小型化全光纖高功率綠光激光的突破。

5.新型成像技術(shù)：或成活體大腦無創(chuàng)成像有力工具

香港科技大學瞿佳男團隊研究了一種新型的活體自適應光學三光子顯微成像(AO-3PM)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了自適應光學和三光子成像技術(shù)，能夠穿過活體小鼠完整的頭骨，在大腦深處進行高分辨率、大視場的成像。這項技術(shù)極大地提高了非侵入式活體成像的圖像質(zhì)量，為研究大腦結(jié)構(gòu)和功能提供了有力工具。

6.新型激光雷達探索云與氣溶膠相互作用

浙江大學劉東團隊及合作者為此提供了一個全新而有效的解決方案——研制了雙視場高光譜分辨率激光雷達，通過超精細光譜鑒頻分離了瑞利散射與米散射，利用準單次散射近似極大地簡化了多次散射效應的表征，并通過巧妙設(shè)計反演參數(shù)對視場角的差異敏感性獲得了高精度反演，最終首次實現(xiàn)了水云與氣溶膠光學及微物理特性剖面的全天時高精度同步探測，可更深入地研究和理解云與氣溶膠相互作用現(xiàn)象的本質(zhì)。

7.多級衍射光片成像技術(shù)實現(xiàn)活細胞3D動態(tài)超分辨觀測

華中科技大學費鵬、張玉慧團隊合作提出多級衍射調(diào)控光片顯微技術(shù)和類腦式分層感知AI超分辨算法，將活細胞三維超分辨成像空間分辨率推至各向同性100納米的同時實現(xiàn)17 Hz每體積的高時間分辨率，首次觀測到多種細胞器在4D時空的精細相互作用，并定量揭示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、Drp1蛋白寡聚體介導線粒體分裂的調(diào)控模式。論文2022年3月發(fā)表于Nature Methods。

8.高性能、低成本膠體量子點短波紅外成像芯片

華中科技大學高亮、唐江團隊近四年圍繞CQD紅外探測芯片展開研究，針對CQD缺陷多、器件結(jié)構(gòu)不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問題，采用液相鈍化新策略、設(shè)計制備新型頂入射器件、開發(fā)硅基一體化集成工藝。聯(lián)合華為公司研制出國內(nèi)首款CQD短波紅外成像芯片，陣列規(guī)模為640×512，紅外峰值外量子效率達63%，與同類CQD芯片比較，外量子效率國際領(lǐng)先。

9.拓撲腔面發(fā)射激光器

中國科學院物理研究所陸凌團隊提出了一種全新的狄拉克渦旋拓撲腔，可以從原理上突破現(xiàn)有瓶頸，同時提高出射功率和光束質(zhì)量。最近團隊基于拓撲光腔，研制出了拓撲腔面發(fā)射激光器。在1550 nm同時實現(xiàn)了單個器件10 W峰值功率、小于1°的遠場發(fā)散角、60 dB邊模抑制比，和二維多波長陣列的集成能力。拓撲腔面發(fā)射激光器的發(fā)明是拓撲物理應用出口的一次探索，對于人臉識別、自動駕駛、激光雷達等新興技術(shù)有重要意義。

10.實現(xiàn)具有高性能的超高分辨率QLED

福州大學李福山等人創(chuàng)新性地利用有序分子自組裝技術(shù)實現(xiàn)了致密無缺陷的量子點單層膜，并結(jié)合轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)實現(xiàn)了亞微米級像素的超高分辨率量子點顯示(~25000PPI)。首次提出在發(fā)光像素之間嵌入蜂窩狀圖案的非發(fā)光電荷阻擋層，有效降低了器件漏電流，極大地提高了器件效率。該成果為實現(xiàn)具有高性能的超高分辨率發(fā)光顯示開辟了一條全新路線。

 
 
 
“中國光學十大進展”評選活動由中國激光雜志社發(fā)起，至今已成功舉辦17屆，旨在促進中國優(yōu)秀光學研究成果的廣泛傳播，推動中國光學事業(yè)的發(fā)展。憑借高學術(shù)水平的候選成果，以及嚴格公正的評審機制，這一獎項備受業(yè)界認可，具有高度的公信力和影響力。

為擴大“中國光學十大進展”優(yōu)秀成果的影響力，讓科學家的成果與智慧為更多領(lǐng)域的人士所關(guān)注，2023中國光學十大進展高峰論壇暨頒獎典禮由中國激光雜志社主辦，于2023年4月19-21日在杭州富陽舉行。本次論壇邀請了當年獲獎或有候選成果的作者及往年的獲獎團隊報告其最新研究成果，分享新思想與新進展，用科學的優(yōu)秀成果更好地指引未來。