2020年，雖然新冠疫情和國際形勢對中國科研造成了相當(dāng)大的影響，但向著光的科學(xué)步伐一直堅(jiān)定：有一群深入疫區(qū)“為大氣做CT”的光科學(xué)家，“九章”問世使我國成功達(dá)到“量子優(yōu)越性”里程碑，嫦娥奔月挖土離不開光學(xué)載荷的支撐……光學(xué)領(lǐng)域有許多值得銘記的突破和進(jìn)展。 

       這一年，發(fā)生在光學(xué)領(lǐng)域的大小事件，都在中國激光雜志社新媒體平臺(tái)留下了真實(shí)的記錄。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國激光、愛光學(xué)、高功率激光科學(xué)與工程、光電匯等微信號以及中國光學(xué)期刊網(wǎng)共發(fā)文近5000篇，超過11萬閱讀者留下了500萬的瀏覽記錄。 

       基于光學(xué)新媒體數(shù)據(jù)評選“中國光學(xué)十大新聞”已持續(xù)4年。今年，中國激光雜志社新媒體在以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，評選出2020年在光學(xué)領(lǐng)域最具影響力的十大新聞。這些事件將在2020年或若干年后在光學(xué)領(lǐng)域、乃至全社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

 1. 時(shí)空光渦旋與光子橫向軌道角動(dòng)量的新型光場 

       2月24日，上海理工大學(xué)納米光子學(xué)團(tuán)隊(duì)在光子軌道角動(dòng)量研究領(lǐng)域取得新突破，首次從理論到實(shí)驗(yàn)展示了具有時(shí)空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動(dòng)量的新型光場，開創(chuàng)了一個(gè)全新的光子軌道角動(dòng)量自由度。光子橫向軌道角動(dòng)量在光子自旋霍爾效應(yīng)、量子糾纏和光子自旋-軌道耦合效應(yīng)等方面可能會(huì)展示獨(dú)特的性質(zhì)，也可望應(yīng)用于高速光通信、光學(xué)微操控和新型光電器件等領(lǐng)域。

 2. 劉文清院士深入武漢疫區(qū)開展走航觀測實(shí)驗(yàn) 

       2月28日，國家大氣污染防治攻關(guān)聯(lián)合中心副主任劉文清院士一行6人乘坐自主研制的觀測車奔赴武漢疫區(qū)開展為期2周的大氣環(huán)境立體探測實(shí)驗(yàn)。 

       劉文清院士介紹，此次奔赴疫區(qū)主要圍繞火神山醫(yī)院、雷神山醫(yī)院、武漢協(xié)和醫(yī)院、金銀潭醫(yī)院、武漢客廳方艙醫(yī)院、洪山體院館方艙醫(yī)院、豐頤大酒店（隔離點(diǎn)）、星火垃圾焚燒廠（醫(yī)療廢物處理點(diǎn)）以及武漢三環(huán)線等區(qū)域開展大氣環(huán)境監(jiān)測和網(wǎng)格化走航實(shí)驗(yàn)。觀測車每日走航300余公里，在兩周多的連續(xù)觀測中，獲取了武漢重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)大量觀測數(shù)據(jù)，掌握了大氣環(huán)境要素的高時(shí)空分辨率分布特征及污染物排放、輸送情況。同時(shí)，結(jié)合衛(wèi)星遙感觀測，重點(diǎn)評估疫情發(fā)生前后武漢市PM2.5、SO2、NO2和HCHO等污染物的變化特征。 

3. 超快調(diào)制微激光器提出全光開關(guān)新原理 

      2月28日，哈工大（深圳）宋清海教授團(tuán)隊(duì)在超快調(diào)制微激光器領(lǐng)域取得重要突破，其提出的全光開關(guān)新原理，有望突破超短切換時(shí)間與超低能耗之間的矛盾。該研究詳細(xì)報(bào)道了拓?fù)浔Ｗo(hù)BIC的光開關(guān)機(jī)理，保證了微型激光從徑向極化的環(huán)形光束到線性極化的旁瓣光的相互超快切換。BIC的極高品質(zhì)因子能顯著降低激光閾值，從而突破傳統(tǒng)全光開關(guān)的瓶頸。基于現(xiàn)有成果，該項(xiàng)研究的下一步是將該可切換的微型激光串聯(lián)集成到光子芯片上以實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯計(jì)算的功能。這也是實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)——光計(jì)算和量子計(jì)算的前提。 

4. 輕小型衛(wèi)星激光通信終端，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)首次低軌星間激光通信

      中國航天科技集團(tuán)八院802所自主研制的輕小型衛(wèi)星激光通信終端，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)首次低軌星間激光通信，邁出了國內(nèi)該領(lǐng)域的第一步。該產(chǎn)品榮獲第22屆中國國際工業(yè)博覽會(huì)空間信息產(chǎn)業(yè)展創(chuàng)新金獎(jiǎng)。 

      該輕小型衛(wèi)星激光通信終端采用粗、精復(fù)合軸跟蹤，具備優(yōu)異的全周向跟蹤穩(wěn)定性。在其跟進(jìn)系統(tǒng)測試中，該激光通信終端先后圓滿完成了在軌雙向搜索、捕獲、跟蹤、通信的全部試驗(yàn)，并驗(yàn)證了通信終端具有良好的遠(yuǎn)程雙向?qū)?zhǔn)以及捕獲跟蹤能力，同時(shí)具有較高的通信數(shù)據(jù)率和較低的誤碼率，雙向通信速率2.5 Gbps，終端重量9 kg，是迄今為止國內(nèi)數(shù)據(jù)率最高、重量最輕的星間激光通信終端。 

5. 基于超構(gòu)透鏡陣列的高維量子糾纏光源 

      由南京大學(xué)祝世寧院士、王振林教授、張利劍教授和王漱明副教授團(tuán)隊(duì)、香港理工大學(xué)蔡定平教授團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)任希鋒副教授團(tuán)隊(duì)和華東師范大學(xué)李林研究員組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通力合作，在高維量子糾纏光源制備方面取得重要研究進(jìn)展，通過結(jié)合超構(gòu)透鏡陣列與非線性晶體，成功制備出高維路徑糾纏光源和多光子光源。 

      該工作通過將新興研究領(lǐng)域超構(gòu)表面技術(shù)引入量子信息領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現(xiàn)有量子光源的技術(shù)瓶頸和信息編碼維度限制，有望應(yīng)用于高維度的量子通信、量子計(jì)算、量子存儲(chǔ)等領(lǐng)域，對于發(fā)展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術(shù)具有重要意義。 

6. 首次實(shí)現(xiàn)亞分子分辨的單分子光致熒光成像 

      8月10日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國院士團(tuán)隊(duì)的董振超研究小組，在近場熒光成像領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，將成像空間分辨率大幅提升，推進(jìn)至0.8 nm的亞納米分辨水平，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了亞分子分辨的單分子光致熒光成像，為在原子尺度上展現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、揭示光與物質(zhì)相互作用本質(zhì)提供了新的技術(shù)手段。 

      該團(tuán)隊(duì)通過精致的針尖修飾方法在探針尖端構(gòu)筑了一個(gè)原子尺度的銀團(tuán)簇突起結(jié)構(gòu)，并將納腔等離激元共振模式調(diào)控到與入射激光和分子發(fā)光的能量均能有效匹配的狀態(tài)，再采用超薄的三個(gè)原子層厚的氯化鈉介電層恰當(dāng)隔絕酞青分子與銀金屬襯底之間的電荷轉(zhuǎn)移，既抑制了熒光淬滅效應(yīng)，又規(guī)避了遠(yuǎn)場背景噪音的干擾，從而成功實(shí)現(xiàn)了亞納米分辨的單分子光致發(fā)光成像。 

7. 國產(chǎn)4萬瓦連續(xù)光纖激光器發(fā)布 

      9月4日，深圳創(chuàng)鑫激光股份有限公司（以下簡稱“創(chuàng)鑫激光”）攜手山東濟(jì)南邦德激光股份有限公司（以下簡稱“邦德激光”）聯(lián)合發(fā)布最新40 kW激光切割設(shè)備。據(jù)悉，40 kW多模連續(xù)激光器創(chuàng)下國內(nèi)同類工業(yè)切割用激光器功率最高紀(jì)錄，所配備的單模塊6 kW也同步打破國內(nèi)工業(yè)實(shí)用型單模最高紀(jì)錄。創(chuàng)鑫激光的40 kW產(chǎn)品將國產(chǎn)光纖激光器功率帶到了更新的高度，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線實(shí)用化，標(biāo)志著國產(chǎn)高功率光纖激光器在激光加工領(lǐng)域更進(jìn)一步深化，競爭也更加白熱化。 

8. 狄拉克渦旋拓?fù)涔馇痪哂凶罴汛竺娣e單模性 

      10月19日，中國科學(xué)院物理研究所光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室L01組陸凌研究員等人的團(tuán)隊(duì)與合作者，理論提出并且實(shí)驗(yàn)證實(shí)了一種全新的拓?fù)涔庾泳w微腔，不但可以支持任意簡并度的腔模，而且是目前已知光腔中, 大面積單模性最好的。這個(gè)拓?fù)涔馇惶钛a(bǔ)了半導(dǎo)體激光器在選模腔體設(shè)計(jì)上的空白，為下一代高亮度單模面發(fā)射器件提供了符合商用激光器歷史規(guī)律的新發(fā)展方向，對激光雷達(dá)和激光加工等技術(shù)有潛在的積極意義。 

9. 嫦娥五號奔月挖土，光學(xué)載荷提供科技支撐 

      11月24日，嫦娥五號探測器在我國文昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射入軌；12月17日，返回器攜帶月球樣品在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，探月工程嫦娥五號任務(wù)取得圓滿成功。 

      由中科院空天信息創(chuàng)新研究院研制的月壤結(jié)構(gòu)探測儀是嫦娥五號探測器上的有效載荷之一，西安光機(jī)所研制的全景相機(jī)為完成采樣區(qū)月表形貌和地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查而設(shè)計(jì)，沈陽自動(dòng)化研究所研制的全景相機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)主要完成科學(xué)探測、表取采樣區(qū)域成像、表取采樣過程監(jiān)視和協(xié)作等科學(xué)和工程目標(biāo)，上海技物所研制了月球礦物光譜分析儀、激光測距測速敏感器和激光三維成像敏感器等光電載荷，上海技物所與上海光機(jī)所共同開發(fā)了三款激光應(yīng)用系統(tǒng)，包括測距敏感器、測速敏感器、三維成像敏感器。 

10. 中國量子計(jì)算原型機(jī)“九章”問世 

      12月4日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)所、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，構(gòu)建了76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解。這一成果使得我國成功達(dá)到了量子計(jì)算研究的第一個(gè)里程碑：量子計(jì)算優(yōu)越性。該成果牢固確立了我國在國際量子計(jì)算研究中的第一方陣地位，為未來實(shí)現(xiàn)可解決具有重大實(shí)用價(jià)值問題的規(guī)?；孔幽M機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

新聞鏈接：中國激光雜志社新媒體發(fā)布2020年度中國光學(xué)十大新聞

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