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23日，中国激光杂志社发布了“2021年中国光学十大进展”。 经过评审委员会多轮评选，冰光纤、微型化自由电子激光器等10项前沿进展入选“2021年中国光学十大进展”基础研究类； 六维光信息复用与冷却光学超材料织物等10项项目进展入选“2021年中国光学十大进展”应用研究类； 此外，魔角激光器、光电智能计算、高效白光发光二极管等19项成果分别获得提名奖（基础研究类）和“2021年中国光学十大进展”。 “2021中国光学十大进展”提名奖（应用研究类）。

基础研究（10项）

1、弹冰单晶微纳米纤维

在人们的常识中，冰是一种透明、脆、脆的物质，没有弹性，不能弯曲。 很难像玻璃一样制成光纤来传输和控制光。 浙江大学光电子学院童利民教授、郭鑫副教授及其合作者团队发现，冰生长成单晶微纳光纤具有与玻璃光纤相似的性能。 它不仅可以灵活弯曲，而且可以低损耗传输光。 研究冰相变特性的显微拉曼光谱有望应用于低温光波导、光学传感和冰物理研究。

2. PT对称性和非厄尔米特拓扑态的非线性控制

如何实现具有多重特征的人工复杂系统来探索自然界中的新奇现象，是当今世界最活跃的前沿课题之一。 陈志刚、徐景军课题组与南开大学合作团队搭建了具有非线性、非厄密和拓扑性质的光子学平台，实现了宇称时间对称性和非厄密拓扑态的非线性调控，发现了非厄密拮抗效应当拓扑状态接近 Hermitian 系统中的奇点时的敏感性和鲁棒性。 这一创新成果改变了人们对开放拓扑系统中非线性效应的认识，为非厄米拓扑及相关前沿领域的研究开辟了新的方向。

3. 激光尾场加速驱动的台式自由电子激光器

中科院上海光机所等电子加速研究团队依托“新一代超强超短激光综合实验装置”，在国际上首次实现基于激光尾场加速的极紫外波段的自发辐射放大输出，完成了桌面小型化自由电子激光器的原理验证，对于小型化、低成本自由电子激光器的发展具有重要意义。

4. 双折射晶体中发现的“幽灵”双曲极化激元

华中科技大学张新良教授、李培宁课题组，国家纳米科学中心戴青研究员，新加坡国立大学邱成伟教授等国内外团队共同创新，发现传统的双折射方解石晶体中存在一种新型的“鬼”双折射。 弯曲极化激元，这种新型极化激元不仅受表面束缚，还在晶体内部以倾斜的波阵面传播，表现出世界最长的各向异性纳米光传输特性和极强的光场压缩能力。 该研究发现为光物理基础研究提供了原创性和创新性的思路，有望在纳米级光场和热场调控方向展现应用潜力。

5. 阿秒电子动力学的直接映射

通过飞秒光场直接测量电子的亚周期动力学可以提供阿秒级的时间分辨率，但飞秒激光与超短电子脉冲之间难以实现高精度时空同步。 中科院上海光机所研究团队通过高对比度飞秒激光器与等离子镜的相互作用，实现了电子与激光的时空同步。 在实验中，他们观察了阿秒电子脉冲在激光场调制下形成的电子束条纹的周期性分布。光纤光谱仪可以测拉曼信号么，该工作实现了强场条件下阿秒电子动力学的全光超快时空映射，可以直接反馈电子在光场作用下的阿秒动力学特性，为全光阿秒提供了重要的技术参考。电子产品 。

6. 反铁磁性中超快自旋流的产生

超快激光脉冲在反铁磁材料中的非线性光学效应可以引起独立于外部磁场的瞬态磁化。 反铁磁性的瞬态磁化可以向相邻的重金属层注入超快自旋电流，由于重金属层的逆自旋霍尔效应，该自旋电流转化为高频振荡电荷电流。 为了验证这一预测，南京大学金标兵教授和吴迪教授课题组通过检测激光诱导反铁磁/重金属结构的太赫兹波信号，发现了常温零磁场下的反铁磁性。 超快自旋泵过程。 反铁磁超快自旋泵浦的发现为进一步实现高速、稳定、高度集成的反铁磁自旋电子器件提供了新的途径。

7. 量子材料电子维度的激光操纵

超快激光与量子材料相互作用产生奇异量子态是目前国际上正在探索的量子材料操纵研究前沿。 上海交通大学张文涛课题组与张杰、Guidance团队合作，提出利用飞秒激光操控量子材料的电子维度，并使用自主研发的高分辨率时间分辨角分辨光电子能谱仪和超快电子衍射装置。 在三维量子材料中实现二维长程有序电子态，并在形成的二维电子态中发现奇怪的电子态，可能是光致超导的标志。 这一发现为研究二维电子态提供了新的平台。

8. 大模间色散下的时空锁模

清华大学精密仪器系杨昌喜课题组和北京邮电大学电子工程学院肖晓生课题组在时空锁模激光器方向取得新进展。 合作团队证实在大联运色散下可实现时空锁模，揭示其锁模机制； 并观察到锁模输出在多横模和近单横模之间切换。 这项工作科学地扩展了对 3D 光学系统中复杂非线性时空动力学的理解，并极大地扩展了时空锁模激光器在工程中的设计可能性。

9. 用于近红外生物成像窗口的高效宽带消色差超透镜

“超表面”作为一种超薄微纳结构，为满足设备小型化、集成化的需求提供了良好的平台。 哈尔滨工业大学（深圳）肖淑敏微纳光子学实验室借助C4对称基本单元组成的二氧化钛超表面和先进的微纳加工工艺，设计制备了工作在近红外成像窗口的高效光子学方法。 宽带消色差超透镜。 首次将二氧化钛微纳制备的长径比提高到37.5，是此前纪录的2.5倍。 实验结果表明，消色差超透镜可以在650-1000nm波长范围内实现消色差成像，平均聚焦效率高达88.5%。 同时，与生物成像实验相比，消色差超透镜的成像质量与商用物镜相当，分辨率优于商用物镜。 该工作对生物医学、集成光学和微纳制造的发展具有重要意义。

10. 非线性Huang-Kun方程与太赫兹巨非线性效应的实现

著名的黄坤方程揭示了横向光学声子和光子耦合成声子极化激元的物理性质，成为极化激元研究的物理开端。 近日，南开大学研究团队及其合作者提出并推导了非线性黄坤方程，预测并证实了一种由极性晶体激发的声子极化子介导的光-物质相互作用的新机制。 在这种机制的作用下，太赫兹波段的非线性可以改善大约五个数量级。 这一发现为研究光-物质相互作用、太赫兹科学与技术、极性晶体材料的调控以及自旋量子位的光调控提供了新的途径。

应用研究（10 项）

1. 纳米级六维光信息复用

光的波长、偏振、轨道角动量等物理维度可以建立正交数据通道，利用光的物理维度作为信息载体可以提高光信息技术的容量和安全性。 暨南大学与上海理工大学联合研究团队揭示了光信息存储介质通过携带光子轨道角动量的紧聚焦涡旋光场产生轨道角动量响应的机理，实现了轨道角动量响应动量、偏振、波长和三维空间的六维光信息复用存储技术。 该技术不仅可以推动轨道角动量相关基础科学研究，还有望为下一代大容量光信息通信和存储技术提供新思路。

2. 基于形态层次结构设计的辐射冷却光学超材料织物

华中科技大学陶光明团队与多家科研和产业单位联合创新，开发出基于形貌分级设计的被动冷却光学超材料织物，实现了太阳辐射波段反射率92.4%、辐射波段发射率94.5%中红外波段。 光学超材料织物具有产业化规模化生产的优势，与我国完备的化纤纺织产业体系兼容。 在户外暴露环境的降温测试中，与商用棉织物相比，光学超材料织物可为人体降温近5℃； 在模拟汽车测试中，光学超材料织物可以使车内温度降低近 30°C。 该研究实现了跨领域、多学科的协同创新光纤光谱仪可以测拉曼信号么，代表了智能织物光学和热管理领域的重要进展，对传统产业的创新发展具有启发和推动作用。

3. 基于吸收记忆的多模式量子中继

量子中继可以克服信道损耗，实现远距离量子通信。 现有的量子中继都是基于发射量子存储器，其单一的物理系统导致通信速率有限。 中国科学技术大学李传峰、周宗权研究团队利用固态量子存储器和外纠缠光源，成功演示了量子中继的基本链路，演示了多模复用的加速在量子中继中。 网络的建设奠定了坚实的基础。

4. 相干能量调制的自放大机制

如何实现全相干、高重复率的自由电子激光器已成为自由电子激光器发展的关键挑战之一。 中科院上海高等研究院与中科院上海应用物理研究所自由电子激光团队提出了相干能量调制自放大机制，并完成了基于软X射线自由激光的实验验证电子激光装置。 利用自放大机制，两级级联 HGHG 在种子激光器的 30 次谐波处成功放大。 这是目前世界上最高的“工作谐波/激光调制”外置种子自由电子激光放大结果。 该成果为兆赫级重复频率的外播种子自由电子激光器铺平了道路，有望在高分辨率光谱、极紫外光刻等技术上带来新的突破。

5、新型范德瓦尔斯单极势垒红外探测器

中国科学院上海技术物理研究所胡伟达研究员和复旦大学周鹏教授在新型光电探测器研究方面取得开创性进展，研制出新型范德华单极势垒红外探测器。 该工作创新性地利用原子层堆叠实现能带局域态操纵，构建了范德瓦尔斯单极势垒探测器，在解决传统材料势垒结构的外延生长、晶格失配和组成等问题上取得了突破。 子带梯度难以控制。 新型范德瓦尔斯单极势垒结构的提出，不仅为红外探测器的高暗电流瓶颈问题提供了解决方案，也为二维材料进入红外应用领域提供了关键技术方案。

6. 片上光频梳生成

南京大学现代工程与应用科学学院姜孝顺、肖敏团队利用片上光学微腔中的大振幅光机械振荡，实现了一种新型光学频率梳（光机械频率梳）。 这种片上微光频率梳具有低重复率和光谱平坦的优点。 基于这种光谱平坦的光学频率梳，研究团队还同步实现了宽带微型微波频率梳。

7、全柔性布料展示系统

面对智能电子织物等可穿戴电子设备对显示技术的新要求，复旦大学彭会生/陈佩宁等研究团队提出在高分子复合纤维交织点构建多功能微型发光器件，通过揭示高曲率纤维界面电场分布的独特性。 机理，解决了光滑纤维表面活性物质的均匀涂覆和纤维电极界面的稳定性等问题，在国际上率先实现了柔性显示织物及其智能集成系统。 智能织物系统有效地将电子设备的制备与织物织造过程相结合。 具有智能、轻便、透气、耐洗、高柔韧性等独特优势。 大力推广柔性电子、便携式人机交互系统、柔性健康监测终端等。 领域的快速发展。

8. 溶液中单分子电化学反应的直接成像

在单分子水平上揭示化学反应的空间位置、路径和动力学是化学研究面临的重要科学问题，对精确测量提出了重大研究需求。 浙江大学冯建东团队首次通过时空隔离策略实现了单分子电化学发光反应的空间成像，利用空间隔离的分子反应位置信息重构实现了超分辨电化学发光成像。 这种基于化学方法的单分子显微镜技术可以补充超分辨率荧光显微镜，并有望对单分子测量、催化表征和生物成像产生重要影响。

9. 用于高清成像的线照明调制显微镜

华中科技大学和海南大学罗清明团队发明了一种线照明调制光学层析成像新原理，具有高分辨率、高通量、高鲁棒性、高背景抑制能力、高灵敏度等优点，填补了相关技术的差距。 空格。 在此基础上，他们迭代更新建立了高清荧光显微光学断层成像技术，实现了110信噪比的高分辨率全脑3D原始数据，提高了全脑光学成像达到高清的新标准。 高清画质显着提升后续数据相关环节的工作效率，为脑图绘制攻克大数据挑战提供新切入点。

10、三维异质集成MoS2 TFT高分辨率Micro-LED显示技术

在国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持下，南京大学新型显示技术研发团队提出了基于二元融合的超高分辨率氮化镓Micro-LED显示技术方案。维半导体材料二硫化钼TFT驱动电路。 开发了晶圆级二维半导体TFT制造工艺，不需要传质的低温后端工艺单片异质集成技术，实现了1270PPI的高亮度微显示。 这一成果被发表期刊评价为：“突破了传统半导体驱动电路的性能瓶颈，将为未来的显示器带来颠覆性的产品。”

（傅文静）

（东方网）