投票评选：2022 中国光学领域十大社会影响力事件（Light10）

飞秒激光“刀”开辟新一代显示和存储技术新方向

当将飞秒激光聚焦到透明材料内部时，会产生一系列基于多种非线性效应的高度局域的物理化学过程。浙江大学邱建荣教授团队与之江实验室谭德志博士团队首次发现了飞秒激光诱导复杂体系微纳结构新现象，揭示了空间选择性介观尺度分相和离子交换的规律，开拓了飞秒激光三维极端制造新技术，在无色透明介质内部实现了带隙可控发光连续可调的任意的三维半导体纳米晶结构。利用这种3D纳米结构，他们成功演示了在超大容量超长寿命信息存储、高稳定Micro-LED列阵和动态立体彩色全息显示等前沿领域的重要应用。论文发表在Science。

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)。

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。

亲眼所见的，永远比想象的精彩：纳米尺度“坏死小体”如何杀死细胞

生命的奥秘往往隐藏在我们难以感知的微小空间中，揭示细胞原位信号运转的内在规律对人类知识体系的延展以及新靶点/新理论指导下的转化应用都具有重要的科学意义。中国科学院院士、厦门大学教授韩家淮和厦门大学副教授陈鑫团队发展单分子定位超分辨成像技术（STORM），首次揭示百纳米信号枢纽“坏死小体”在细胞中的组织结构及其对细胞死亡的决定作用。该成果突破了长久以来生命科学研究低分辨光学成像的瓶颈，打开了未来探索细胞原位关键信号枢纽纳米精度结构和功能的大门。相关成果发表于Nature Cell Biology。

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。

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。

我国科学家提出高精密光谱测量的新思路：双光梳光热光谱

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的王强研究员团队和香港中文大学的任伟教授团队创造性地提出了双光梳光热光谱方法（简称DC-PTS），首次实现了基于光频梳的气体分子光热光谱测量。该方法能在十毫秒内完成0.17微升样气的宽波段、精细光谱测量，可实现多种痕量气体的同时检测，拥有极高的灵敏度。这一研究打破了传统激光光谱气体传感技术的限制，可为危险气体检测、疾病呼气诊断、大气监测等提供新思路。相关成果发表于Nature Communications。

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。

自学习可编程光子芯片面世

光子芯片由密集的分立集成光学元件组成，可提供超宽的模拟带宽与Petabits/s量级的信息吞吐速率。考虑到目前光子芯片的设计、加工、封测周期仍然较长，可编程重构、支持多种信息处理功能的新型光子芯片具有重要的研究应用价值。然而，目前可编程光子芯片的控制问题仍未充分解决，严重限制了其可控维度与实际应用。北京邮电大学徐坤教授团队的徐兴元博士，依托北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，联合澳大利亚Arthur Lowery教授、Arnan Mitchell教授、任光辉博士等，提出并实现了自学习的可编程光子芯片。通过片上参考路径实现了相频特性的精确恢复，进而实现了自学习的宽带光子芯片，在25次迭代训练后即可实现任意指定的函数功能。该技术可应用于任意双端口光子器件的相位恢复，结合自学习算法，有望彻底解决光子芯片的串扰和控制难题。在光通信、信号处理、量子计算和人工智能等领域有广阔的应用前景。相关成果作为封面论文发表于Nature Photonics。

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。

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。

我国科学家首次获得纳米级光雕刻三维铁电畴结构

南京大学张勇、肖敏、祝世宁领衔的科研团队，发明了一种新型“非互易飞秒激光极化铁电畴”技术，将飞秒脉冲激光聚焦于材料“铌酸锂”的晶体内部，通过控制激光移动的方向，在晶体内部形成有效电场，实现三维畴结构的直写和擦除。这一新技术，突破了传统飞秒激光的光衍射极限，把光雕刻铌酸锂三维畴结构的尺寸，从传统的1微米量级（相当于头发丝的五十分之一），首次缩小到纳米级，达到30纳米，大大提高了加工精度。这一重大发明，未来或可开辟光电芯片制造新赛道，有望用于光电调制器、声学滤波器、非易失铁电存储器等关键光电器件芯片制备，在5G/6G通讯、光计算、人工智能等领域有广泛的应用前景。相关成果发表于Nature。

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。

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。

突破光学像差难题，元成像芯片问世

清华大学戴琼海院士、方璐副教授团队，提出了一种集成化的元成像芯片架构。区别于构建完美透镜，研究团队另辟蹊径，研制了一种超级传感器，记录成像过程而非图像本身，通过实现对非相干复杂光场的超精细感知与融合，即使经过不完美的光学透镜与复杂的成像环境，依然能够实现完美的三维光学成像。这一技术解决了长期以来的光学像差瓶颈，有望成为下一代通用像感器架构，而无需改变现有的光学成像系统，带来颠覆性的变化，将应用于天文观测，生物成像，医疗诊断，移动终端，工业检测，安防监控等领域。相关成果发表于Nature。

我国科研人员在表面等离极化激元型激光研究获得突破

中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室李儒新院士和田野研究员团队在新型表面等离极化激元（SPP）型激光研究中取得的最新成果。研究团队在实验中探索飞秒激光驱动超短电子脉冲泵浦SPP的动力学过程，研究发现了SPP型激光“建立”的过程，阐述了自由电子与SPP作用过程中的受激放大机理，研究成果指明了实现SPP型激光光源的全新途径，相关成果发表在Nature。

中国高端科学仪器又添利器，研制成功国际首台小动物活体能谱显微CT

中科院高能所核技术应用研究中心项目团队历时四年技术攻关，成功研制出国际首台小动物活体能谱显微CT(计算机断层扫描)设备，可通过以微米级分辨及多能谱图像再现动物体内的各器官组织的精细结构，实现动物实验从离体到活体、从黑白到彩色的进步，从而为生物医学研究提供更为先进的科学仪器和实验手段。该技术获得由中国体视学学会颁发的科技进步奖一等奖。

每秒256万亿帧，全球最快光场摄像机

华中科技大学光学与电子信息学院教授李政言和团队通过获取光场相位信息，实现了256万亿帧/秒的拍照帧率，造出目前世界上最快的光场摄像机。超快光场摄像机将在两方面取得应用，一方面是服务大型激光装置，另一方面是服务工业应用。通过安装超快光场摄像机模块，有望让激光精密加工设备长出一只“眼睛”，通过实时采集探针光信号以及观测材料超快时间尺度相应，来对加工工艺做出动态优化。相关成果发表在Light：Science & Applications。

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。

“夸父一号”莱曼阿尔法太阳望远镜首图发布

2022年12月13日，我国首颗综合性太阳探测专用卫星“夸父一号”首批科学图像对外公布，其中的莱曼阿尔法波段和360nm波段全日面图像是由中科院长春光机所研制的莱曼阿尔法太阳望远镜获得。两幅首图发布，标志着我国在空间莱曼阿尔法和360nm波段全日面观测零的突破，也是国际上首次由星载仪器拍到的莱曼阿尔法全日面太阳图像。该仪器可以在这两个波段长期、连续的观测太阳，使得我国该波段太阳观测具有自主数据来源，还将向全球科学家开放数据，用于科学和空间天气预报研究。

评论留言 赢取大奖

还有额外 小惊喜