2022 中国光学领域十大社会影响力事件

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入 围 名 单

说明：排名不分先后，按原报道发布日期排序

1. 突破半导体激光技术瓶颈！拓扑腔面发射激光器问世

中科院物理所陆凌团队将此前原创的“狄拉克涡旋”拓扑光腔，成功应用于面发射半导体激光芯片中，从原理上突破眼下半导体激光的技术瓶颈，同时多数量级地提高其出射功率和光束质量。研制出的拓扑腔面发射激光器，将有可能运用在手机的人脸识别、自动驾驶的激光雷达以及虚拟现实的三维感知等领域，相关研究成果发表于Nature Photonics (见TCSEL.com)。

2.超高分辨率量子点发光二极管打开“元宇宙”通路

开发可在微小空间输出海量信息的极高分辨率近眼显示器，是进入“元宇宙”的重要途径。量子点材料因具有高色纯度、高发光效率等优异特性，在发光显示领域具有广阔应用前景。近眼显示中，消除“纱窗效应”要求显示设备达到万级PPI（每英寸所拥有的像素数目），因此，如何实现量子点发光二极管的极高分辨像素化，是一个核心关键问题。福州大学李福山教授团队联合中科院宁波材料所团队，巧妙将异相界面量子点自组装技术和转移印刷技术相结合，实现亚微米尺度无缺陷图案化的同时有效阻隔了漏电流，首次实现了兼具高发光效率和超高分辨率（最高25400PPI）的量子点发光二极管，打开了一条通向“元宇宙”的全新道路。相关成果发表于Nature Photonics。

3.量子直接通信距离首次达到100公里

北京量子信息科学研究院副院长、清华大学教授龙桂鲁团队和清华大学教授陆建华团队合作，设计和实现了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统，通信距离达到100公里，是当前世界最长的量子直接通信距离。这样的指标可以在无中继条件下实现城市之间的点对点量子直接通信，同时可以支撑基于安全经典中继的广域量子网络一些应用。相关成果发表在Light：Science & Applications。

4.历久弥新，46阶非线性荧光赋能共聚焦62nm分辨率

已普及数十年的共聚焦显微镜有光路简单、可见即可得的优点，应用广，但分辨率受限通常在200nm以上。为此，华南师范大学詹求强教授课题组提出了迁移光子雪崩机理，攻克了光子雪崩效应难以在纳米尺度观测的长期难题，在常温纳米探针中实现了国际报道最高的46阶非线性响应荧光，基于此仅利用单束、300uW、连续激光实现了62nm (λ/14)分辨率，是传统共聚焦分辨率的4倍左右，并实现了亚细胞结构的观测。该成果通过纯物理法打破共聚焦技术瓶颈，为生物医学超分辨成像提供了简便方法。此外，在需要突破衍射极限的光传感、光存储、光刻等前沿领域也具有重要应用价值。相关成果发表于Nature Nanotechnology。

5.新型硅基光电子片上集成系统问世

北京大学教授王兴军课题组和美国加州大学圣芭芭拉分校教授John E. Bowers课题组在世界上首次报道了由集成微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上集成系统，研究团队历时3年协同攻关，终于攻克了这一世界性难题。这个工作是集成光梳和硅光的完美结合，是世界学术界和产业界关注的焦点，它打通了光频梳从实验室走向产业化的最后一公里，从而可以真正让这项技术走向大规模应用。同时，它也解决了硅光多路并行光源的世界性难题，使硅光有了自己大脑。相关成果发表于Nature。

6.破解钙钛矿LED稳定性难题，超长寿命的钙钛矿LED诞生

浙江大学狄大卫教授与赵保丹研究员团队为钙钛矿LED稳定性问题提供了解决方案。他们在器件发光层中引入双极性分子稳定剂，抑制了电场下的离子迁移，获得了寿命远超预想的钙钛矿LED。在等同于高亮度OLED的光功率下，这些近红外钙钛矿LED的工作寿命为32675小时（3.7 年），首次达到满足实际应用的水平。在更低的辐亮度下，其寿命预期甚至有望达到270年。这些创纪录的器件在5 mA/cm²的恒定电流下持续工作5个月（3600小时），辐亮度仍无明显下降。相关成果发表于Nature Photonics。

7.我国科学家实现纳米尺度光操控

纳米尺度的光电融合是未来高性能信息器件的必然趋势，如何在原子尺度对光波精准操控是其中最关键的科学问题。为此，国家纳米科学中心戴庆课题组与合作者构建了高质量的石墨烯/α相氧化钼异质结，实现了极化激元等频色散轮廓的拓扑转变，打破了声子极化激元传输受材料晶向限制的瓶颈。进一步利用宽度仅有1.5μm二氧化硅平面透镜，实现了极化激元的纳米聚焦和无衍射渠化传输。该研究大幅提高了光子的精确操控水平，为设计亚波长纳米光学器件和进一步实现片上光电互联功能提供了重要基础。相关成果发表于Nature Nanotechnology，同期配发了新闻和评述文章予以高亮报道。

8.永不堵塞的“光子高速公路”：无反射拓扑波导

在传统光学器件中，光遇到缺陷、无序、尖锐拐角等障碍时会产生背向反射，严重降低光学器件的传输性能。从根本物理原理上来说，原因在于传统光学器件同时存在两种沿相反方向传输的波导模式。为了克服这一限制，南方科技大学高振副教授，浙江大学杨怡豪研究员，电子科技大学周佩珩教授，南洋理工大学张柏乐教授、Chong Yidong教授、刘癸庚博士等研究人员首次提出并实现了一种三维光学拓扑陈绝缘体，成功观测到三维空间中完全无反射的鲁棒、单向光传输，即使遇到障碍物也能轻松绕过而不会产生任何背向反射。该工作构建了一种永不堵塞的“光子高速公路”，能够大幅提升光子在三维空间中传输效率和鲁棒性，未来有望应用于三维拓扑光学集成电路、拓扑波导、拓扑激光等诸多领域。与此同时，在该三维光学陈绝缘体中也发现了拓扑陈矢量和动量空间中的霍普夫纽结等新颖物理现象，对基础拓扑物理学同样具有重要意义。相关研究成果发表于Nature。

9.我国科学家首次实现纳米晶体激光3D打印，助力下一代三维光量子芯片

化学合成的纳米粒子种类丰富、性能优异，但如何进一步将其器件化、集成化和芯片化？技术工艺长期缺失。清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授团队提出全新原理的光激发诱导化学键合技术，利用光生高能载流子调控纳米颗粒的表面化学活性，实现了纳米粒子的三维超精密激光装配，极限分辨率达到77 nm。该技术赋予3D纳米打印更多的神奇特性，为制备前所未有性能的光芯片与量子信息器件奠定了基础。相关成果发表于Science，获Physics Today、《光明日报》等国内外媒体的广泛报道。芝加哥大学Talapin教授评价：这项工作使得利用3D打印机一键生成多种功能器件的梦想有望变成现实。

10.国内首款全自主计算光刻EDA软件研发成功

“OPC是芯片设计工具EDA工业软件的一种，没有这种软件，即使有光刻机，也造不出芯片。从基础研究到产业化应用，我们团队坚持最底层的代码一行行敲、最基础的公式一个个算，整整走了十年。十年磨一剑，就是要解决芯片从设计到制造的卡脖子问题。”华中科技大学机械学院刘世元教授团队成功研发我国首款完全自主可控的OPC算法软件，并已在宇微光学软件有限公司实现成果转化和产业化，填补了国内空白。