經過評審委員會多輪遴選，“微腔光梳驅動的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)”等10項前沿進展入選“2022中國光學十大進展”（基礎研究類）；“集成化成像芯片實現(xiàn)像差矯正三維攝影”等10項進展入選“2022中國光學十大進展”（應用研究類）。

此外，效率首次突破量子不可克隆極限的微波——光波相干轉換、實現(xiàn)高維量子計算芯片等20項成果分別榮獲“2022中國光學十大進展”提名獎（基礎研究類）和“2022中國光學十大進展”提名獎（應用研究類）。

“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。

基礎研究類（10項）

1/ 微腔光梳驅動的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)

北京大學王興軍團隊聯(lián)合加州大學圣塔巴巴拉分校John E. Bowers團隊，攻關解決微腔光梳簡易魯棒激發(fā)與長時間穩(wěn)定、面向光梳光源的硅基系統(tǒng)設計、硅基片上可重構多維光譜整形技術等難題，在國際上首次實現(xiàn)了由克爾微腔光梳驅動的新型硅基光電子片上系統(tǒng)，有望直接應用于數(shù)據(jù)中心、5/6G信號處理、自動駕駛、光計算等領域，為下一代片上光電子信息系統(tǒng)提供了全新的研究范式和發(fā)展方向。

2/ 光學渦環(huán)的誕生

上海理工大學詹其文帶領的納米光子學團隊基于麥克斯韋方程組和光學保角變換，首次在理論上完整推導并在實驗上實現(xiàn)了優(yōu)美的光學渦環(huán)結構。

該研究工作為三維復雜時空光場的生成和表征提供了嶄新的思路，對環(huán)狀對稱電動力學、環(huán)狀對稱等離子物理、光學對稱和拓撲、量子物理、天體物理等理論研究，以及光學傳感、光操縱、光信息與能量傳遞等應用研究都將具有重要且深遠的意義。

3/ 用光3D打印納米晶體

清華大學精密儀器系孫洪波、林琳涵課題組首次提出了利用光生高能載流子調控納米材料的表面化學活性并實現(xiàn)化學鍵合，由此實現(xiàn)了半導體量子點等功能納米粒子的三維激光裝配。

這一技術具備真三維、高純度、高分辨率、異質異構集成的技術優(yōu)勢，開辟了功能納米器件制備工藝的新途徑，在片上光電器件集成、高性能近眼顯示等領域具有廣泛的應用前景。

4/ 新技術首次實現(xiàn)激光3D打印納米鐵電疇

南京大學張勇領銜的研究團隊發(fā)展了一種非互易激光極化鐵電疇技術：將飛秒脈沖激光聚焦于鈮酸鋰晶體中，在晶體內部形成了一個有效電場，實現(xiàn)了三維納米鐵電疇的可控制備。

加工精度達到了30納米，遠遠突破衍射極限，且可以實現(xiàn)鐵電疇結構的修正與重構。這一技術解決了傳統(tǒng)極化工藝僅限于在二維平面內以微米精度加工鐵電疇結構的難題，為三維集成光電器件的發(fā)展提供了新的技術支撐。

5/ 高純度超集成手性光源領域取得重要研究進展

哈爾濱工業(yè)大學（深圳）宋清海團隊基于連續(xù)域中束縛態(tài)自身的物理特性，實現(xiàn)了高純度、高Q值與高方向性的手性熒光到激光的出射。

在無需自旋注入的情況下，即可實現(xiàn)控制自發(fā)輻射和激光的光譜、遠場以及自旋角動量。這種方法對改善當前手性光源的設計，并促進其在光子系統(tǒng)與量子系統(tǒng)中的應用具有重要意義。

6/ 羲和激光首輪實驗獲得60 MeV質子束

中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室激光質子加速課題組依托于上海超強超短激光實驗裝置(羲和激光，SULF)，在首輪磨合實驗中利用SULF-10PW激光轟擊微米金屬靶，在靶后法線鞘層加速機制下獲得了截止能量達62.5MeV的質子束，該結果達到國內領先水平，進入國際前列。

未來將通過進一步優(yōu)化，獲得百MeV級的高能質子束，切實推動激光質子源在聚變能源、腫瘤治療等重要領域的應用。

7/ 高效、高重頻極紫外超快相干光源

上海交通大學劉峰、陳民和李博原課題組通過引入圓偏振預脈沖，成功實現(xiàn)對微米尺度預等離子體的主動調控，構建出合適的縱向密度分布，解決了高次諧波產生受限于激光對比度的難題，實驗驗證了產生高重頻、高亮度極紫外超快輻射源的新方案。

8/ 稀土離子f-f躍遷發(fā)光壽命被壓縮至納秒級

陜西師范大學物理學與信息技術學院張正龍、鄭海榮團隊，依托自主搭建的高分辨原位光譜系統(tǒng)，在納米光學領域取得了突破性進展。

利用等離激元傾斜納米光腔，將稀土離子f-f躍遷發(fā)光壽命壓縮至50納秒以下，同時獲得1000余倍的量子產率增強。

該成果被審稿人評價為稀土發(fā)光領域“里程碑”式的工作，對拓展稀土發(fā)光應用優(yōu)勢，推動量子通訊單光子源、納米激光器的發(fā)展具有重要意義。

9/ 激光干涉儀的量子超越

上海交通大學物理與天文學院及李政道研究所張衛(wèi)平團隊與合作者，利用其發(fā)展的量子關聯(lián)干涉技術與激光干涉儀巧妙結合，實現(xiàn)了一種超越傳統(tǒng)激光干涉儀的新型量子精密測量技術。

新方法融合經典-量子優(yōu)勢于一體，原理上可以拓展到LIGO引力波探測器等大型精密測量儀器中，實現(xiàn)對傳統(tǒng)干涉技術的升級，向開拓真正有應用價值的量子技術邁出了重要的一步。

10/ 突破熒光范圍的激光輻射

山東大學于浩海、張懷金團隊和南京大學陳延峰團隊協(xié)同攻關，在激光物理領域取得突破，首次實現(xiàn)基于多聲子耦合的激光輻射，在遠超熒光光譜的范圍獲得了寬波段、可調諧激光輸出。

研究成果拓寬了激光增益范圍，闡明了激光晶體中的關鍵功能基元和序構關系，對于固體激光技術的發(fā)展具有重要意義。

應用研究類（10項）

1/ 集成化成像芯片實現(xiàn)像差矯正三維攝影

清華大學成像與智能技術實驗室方璐、戴瓊海團隊提出了非相干光下的數(shù)字自適應光學新架構，解耦信號采集與像差矯正，首次實現(xiàn)了高速大范圍分塊像差去除。

研制了集成化的元成像芯片，能夠實現(xiàn)像差矯正的大視場高分辨率高速三維成像，將傳統(tǒng)自適應光學的有效視場直徑從40角秒提升至了1000角秒，可廣泛用于天文觀測、工業(yè)檢測、醫(yī)療診斷等領域。

2/ 時空域精細操控半導體納米晶能帶結構

浙江大學邱建榮團隊與之江實驗室譚德志團隊合作，揭示了飛秒激光誘導空間選擇性介觀尺度分相和離子交換新規(guī)律，實現(xiàn)了對玻璃微區(qū)元素分布的精細調控，開拓了飛秒激光三維極端制造新技術，構筑了三維發(fā)光寬波段連續(xù)可調諧納米晶結構，首次提出并展示這種三維微納結構在超大容量超長壽命信息存儲、高穩(wěn)定Micro-LED列陣和動態(tài)立體彩色全息顯示等的前沿應用。

3/ 基于超構透鏡集成的平面廣角相機

南京大學李濤團隊研發(fā)出一種基于超構透鏡陣列的平面廣角相機，僅用一微米厚的納米結構就實現(xiàn)了超過120°視角高質量的廣角成像功能。

這一全新原理的設計原理成功突破傳統(tǒng)商用魚眼鏡頭在體積和重量上的限制，展示了超構透鏡設計在顛覆性成像技術中巨大的應用潛力。

4/ 光電集成輕微型“復眼相機”，解決商用探測器不兼容問題

吉林大學張永來領銜的合作團隊通過飛秒激光微加工技術，制造具有對數(shù)輪廓小眼的三維仿生復眼，突破了三維復眼非平面成像和商用微型CCD/CMOS探測器失配難題，研制了質量僅為230mg的光電集成微型復眼相機，借助多目視覺原理和神經網絡重構算法，實現(xiàn)了對微觀目標運動軌跡的三維重構。該成果在醫(yī)療內窺成像和微型機器人視覺等前沿領域具有重要意義。

5/ 光纖量子密鑰分發(fā)新紀錄——無中繼安全傳輸超830公里

中國科學技術大學郭光燦、韓正甫團隊通過解決極弱光雙場制備和低噪聲快速相位補償難題，突破信噪比限制，創(chuàng)造830公里無中繼光纖量子通信世界紀錄。

相比于國內外其他團隊的工作，該成果不僅將無中繼傳輸距離提升了200多公里，而且將成碼率提升了50～1000倍，向實現(xiàn)千公里陸基量子通信邁出了重要一步。

6/ 光頻完美異常反射器

同濟大學物理科學與工程學院王占山和程鑫彬聯(lián)合復旦大學物理學系周磊，提出了一維多層膜結合二維超表面的準三維亞波長新結構，通過傳輸波和布洛赫波的高效耦合增強非局域能流調控能力，首次實現(xiàn)了效率優(yōu)于99%的光頻異常反射。研究成果有望推動新型波束掃描系統(tǒng)等儀器裝備的發(fā)展。

7/ 超長壽命的鈣鈦礦LED

浙江大學狄大衛(wèi)、趙保丹團隊利用雙極性分子穩(wěn)定劑抑制離子遷移，首次實現(xiàn)了滿足實際應用標準的超長壽命鈣鈦礦LED。

在等同于高亮度OLED的光功率下，這些近紅外LED的壽命為32675小時（3.7年）；在更低的輻亮度下，其壽命預期長達270年。這些創(chuàng)紀錄的器件在5mA/cm2的恒定電流下持續(xù)工作5個月，輻亮度無明顯衰減。

8/ 世界首例鈮酸鋰薄膜偏振復用相干光調制器

中山大學蔡鑫倫課題組實現(xiàn)了世界首例鈮酸鋰薄膜偏振復用相干光調制器，該器件具有CMOS兼容驅動的半波電壓，110GHz的調制帶寬，這是目前世界上最高性能的超低電壓和超大帶寬的電光調制器芯片。

利用這一芯片，研究團隊演示了目前單載波相干傳輸?shù)淖罡邇羲俾省?.96Tb/s。該項研究攻克了在下一代超高速、低功耗的相干光傳輸系統(tǒng)不可或缺的電光轉換器件。鈮酸鋰薄膜材料及其光子集成技術研究為實現(xiàn)我國光通信產業(yè)鏈自主可控提供了有力保障。

9/ 首次發(fā)現(xiàn)光學微腔中的界面回音壁模式

北京大學物理學院肖云峰團隊與中科院半導體所陳幼玲合作，首次發(fā)現(xiàn)了光學微腔中的界面回音壁模式。

研究人員在微流集成的微泡腔中，將光學回音壁模式的電磁場峰值調控至傳感表面，從物理上提高了傳感器的光學響應強度，成功實現(xiàn)了具有單分子響應的微流傳感器件，在高靈敏度微量檢測領域具有廣泛的應用前景。

10/ 在光編碼液晶超結構應用取得突破性研究進展

華東理工大學化學與分子工程學院、物理學院、費林加諾貝爾獎科學家聯(lián)合研究中心朱為宏、鄭致剛、Feringa合作，圍繞動態(tài)可控手性液晶光學微結構，從材料設計、制備和微結構的外場控制入手，解決傳統(tǒng)液晶體系光效率低的問題，賦能液晶微結構的光控寬動態(tài)域，發(fā)展可逆、可擦、漸變、結構疊加與嵌入的多重防偽新技術，為解決我國在高端防偽技術領域面臨的材料瓶頸提供了可供借鑒的技術方案。

“2022中國光學十大進展”提名獎

基礎研究類（10項）

1/ 效率首次突破量子不可克隆極限的微波——光波相干轉換

華南師范大學廖開宇、顏輝、朱詩亮團隊在量子網絡領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-光波相干轉換，為超導量子計算機光學接口的實用化奠定了基礎。

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構

深圳大學袁小聰、杜路平團隊通過研究旋轉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、量子技術等領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0.1~18THz，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域，在異質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)調控的手段，并為開發(fā)高通量、強魯棒性能量輸運材料及結構提供新思路。

7/ 基于叉指電極結構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計框架，充分利用二維半導體激子結合能大的優(yōu)勢，提出一種基于叉指電極結構的二維半導體發(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，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，產生激子并發(fā)光。該結構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。

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域。

10/ 飛秒激光直寫三維無機納米結構研究取得新進展

中國科學院理化技術研究所金峰、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構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26nm特征尺寸、具有優(yōu)異耐高溫和耐溶劑性能的3D無機微結構與器件，為發(fā)展新型3D無機納米結構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，通過編程重構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，可為成像技術開創(chuàng)物質解析新維度，具有高精度、芯片化、可量產的優(yōu)勢，有望成為下一代成像芯片的顛覆性技術，相關成果已進行應用推廣和產業(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。

結合自主研發(fā)的結構光系統(tǒng)，實現(xiàn)目前活細胞成像中最高空間分辨率（60nm）下，速度最快（564Hz）、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實用化

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換直接產生綠光激光，發(fā)展可見光光纖端面介質膜技術構建全光纖綠光諧振腔，獲得521nm輸出功率3.6W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：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)結合了自適應光學和三光子成像技術，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。這項技術極大地提高了非侵入式活體成像的圖像質量，為研究大腦結構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。

7/ 多級衍射光片成像技術實現(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控光片顯微技術和類腦式分層感知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)17Hz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，并定量揭示內質網、Drp1蛋白寡聚體介導線粒體分裂的調控模式。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、器件結構不兼容、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1550nm同時實現(xiàn)了單個器件10W峰值功率、小于1°的遠場發(fā)散角、60dB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實現(xiàn)了致密無缺陷的量子點單層膜，并結合轉移印刷技術實現(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。