2020年，虽然新冠疫情和国际形势对中国科研造成了相当大的影响，但向着光的科学步伐一直坚定：有一群深入疫区“为大气做CT”的光科学家，“九章”问世使我国成功达到“量子优越性”里程碑，嫦娥奔月挖土离不开光学载荷的支撑……光学领域有许多值得铭记的突破和进展。

这一年，发生在光学领域的大小事件，都在中国激光杂志社新媒体平台留下了真实的记录。据不完全统计，中国激光、爱光学、高功率激光科学与工程、光电汇等微信号以及中国光学期刊网共发文近5000篇，超过11万阅读者留下了500万的浏览记录。

基于光学新媒体数据评选“中国光学十大新闻”已持续4年。今年，中国激光杂志社新媒体在以上数据的基础上，评选出2020年在光学领域最具影响力的十大新闻。这些事件将在2020年或若干年后在光学领域、乃至全社会产生深远的影响。

1. 时空光涡旋与光子横向轨道角动量的新型光场

2月24日，上海理工大学纳米光子学团队在光子轨道角动量研究领域取得新突破，首次从理论到实验展示了具有时空涡旋相位并携带光子横向轨道角动量的新型光场，开创了一个全新的光子轨道角动量自由度。光子横向轨道角动量在光子自旋霍尔效应、量子纠缠和光子自旋-轨道耦合效应等方面可能会展示独特的性质，也可望应用于高速光通信、光学微操控和新型光电器件等领域。

2. 刘文清院士深入武汉疫区开展走航观测实验

2月28日，国家大气污染防治攻关联合中心副主任刘文清院士一行6人乘坐自主研制的观测车奔赴武汉疫区开展为期2周的大气环境立体探测实验。

刘文清院士介绍，此次奔赴疫区主要围绕火神山医院、雷神山医院、武汉协和医院、金银潭医院、武汉客厅方舱医院、洪山体院馆方舱医院、丰颐大酒店（隔离点）、星火垃圾焚烧厂（医疗废物处理点）以及武汉三环线等区域开展大气环境监测和网格化走航实验。观测车每日走航300余公里，在两周多的连续观测中，获取了武汉重点区域内大量观测数据，掌握了大气环境要素的高时空分辨率分布特征及污染物排放、输送情况。同时，结合卫星遥感观测，重点评估疫情发生前后武汉市PM2.5、SO2、NO2和HCHO等污染物的变化特征。

3. 超快调制微激光器提出全光开关新原理

2月28日，哈工大（深圳）宋清海教授团队在超快调制微激光器领域取得重要突破，其提出的全光开关新原理，有望突破超短切换时间与超低能耗之间的矛盾。该研究详细报道了拓扑保护BIC的光开关机理，保证了微型激光从径向极化的环形光束到线性极化的旁瓣光的相互超快切换。BIC的极高品质因子能显著降低激光阈值，从而突破传统全光开关的瓶颈。基于现有成果，该项研究的下一步是将该可切换的微型激光串联集成到光子芯片上以实现光学逻辑计算的功能。这也是实现最终目标——光计算和量子计算的前提。

4. 轻小型卫星激光通信终端，实现了国内首次低轨星间激光通信

中国航天科技集团八院802所自主研制的轻小型卫星激光通信终端，实现了国内首次低轨星间激光通信，迈出了国内该领域的第一步。该产品荣获第22届中国国际工业博览会空间信息产业展创新金奖。

该轻小型卫星激光通信终端采用粗、精复合轴跟踪，具备优异的全周向跟踪稳定性。在其跟进系统测试中，该激光通信终端先后圆满完成了在轨双向搜索、捕获、跟踪、通信的全部试验，并验证了通信终端具有良好的远程双向对准以及捕获跟踪能力，同时具有较高的通信数据率和较低的误码率，双向通信速率2.5 Gbps，终端重量9 kg，是迄今为止国内数据率最高、重量最轻的星间激光通信终端。

5. 基于超构透镜阵列的高维量子纠缠光源

由南京大学祝世宁院士、王振林教授、张利剑教授和王漱明副教授团队、香港理工大学蔡定平教授团队、中国科学技术大学任希锋副教授团队和华东师范大学李林研究员组成的联合团队通力合作，在高维量子纠缠光源制备方面取得重要研究进展，通过结合超构透镜阵列与非线性晶体，成功制备出高维路径纠缠光源和多光子光源。

该工作通过将新兴研究领域超构表面技术引入量子信息领域，实现了高维度、集成化的双光子、多光子纠缠光源，突破了现有量子光源的技术瓶颈和信息编码维度限制，有望应用于高维度的量子通信、量子计算、量子存储等领域，对于发展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技术具有重要意义。

6. 首次实现亚分子分辨的单分子光致荧光成像

8月10日，中国科学技术大学侯建国院士团队的董振超研究小组，在近场荧光成像领域取得重要进展，将成像空间分辨率大幅提升，推进至0.8 nm的亚纳米分辨水平，在世界上首次实现了亚分子分辨的单分子光致荧光成像，为在原子尺度上展现物质结构、揭示光与物质相互作用本质提供了新的技术手段。

该团队通过精致的针尖修饰方法在探针尖端构筑了一个原子尺度的银团簇突起结构，并将纳腔等离激元共振模式调控到与入射激光和分子发光的能量均能有效匹配的状态，再采用超薄的三个原子层厚的氯化钠介电层恰当隔绝酞青分子与银金属衬底之间的电荷转移，既抑制了荧光淬灭效应，又规避了远场背景噪音的干扰，从而成功实现了亚纳米分辨的单分子光致发光成像。

7. 国产4万瓦连续光纤激光器发布

9月4日，深圳创鑫激光股份有限公司（以下简称“创鑫激光”）携手山东济南邦德激光股份有限公司（以下简称“邦德激光”）联合发布最新40 kW激光切割设备。据悉，40 kW多模连续激光器创下国内同类工业切割用激光器功率最高纪录，所配备的单模块6 kW也同步打破国内工业实用型单模最高纪录。创鑫激光的40 kW产品将国产光纤激光器功率带到了更新的高度，并实现产线实用化，标志着国产高功率光纤激光器在激光加工领域更进一步深化，竞争也更加白热化。

8. 狄拉克涡旋拓扑光腔具有最佳大面积单模性

10月19日，中国科学院物理研究所光物理重点实验室L01组陆凌研究员等人的团队与合作者，理论提出并且实验证实了一种全新的拓扑光子晶体微腔，不但可以支持任意简并度的腔模，而且是目前已知光腔中, 大面积单模性最好的。这个拓扑光腔填补了半导体激光器在选模腔体设计上的空白，为下一代高亮度单模面发射器件提供了符合商用激光器历史规律的新发展方向，对激光雷达和激光加工等技术有潜在的积极意义。

9. 嫦娥五号奔月挖土，光学载荷提供科技支撑

11月24日，嫦娥五号探测器在我国文昌卫星发射中心成功发射入轨；12月17日，返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆，探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。

由中科院空天信息创新研究院研制的月壤结构探测仪是嫦娥五号探测器上的有效载荷之一，西安光机所研制的全景相机为完成采样区月表形貌和地质构造调查而设计，沈阳自动化研究所研制的全景相机转台主要完成科学探测、表取采样区域成像、表取采样过程监视和协作等科学和工程目标，上海技物所研制了月球矿物光谱分析仪、激光测距测速敏感器和激光三维成像敏感器等光电载荷，上海技物所与上海光机所共同开发了三款激光应用系统，包括测距敏感器、测速敏感器、三维成像敏感器。

10. 中国量子计算原型机“九章”问世

12月4日，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，实现了具有实用前景的“高斯玻色取样”任务的快速求解。这一成果使得我国成功达到了量子计算研究的第一个里程碑：量子计算优越性。该成果牢固确立了我国在国际量子计算研究中的第一方阵地位，为未来实现可解决具有重大实用价值问题的规模化量子模拟机奠定了技术基础。

作者：许琦敏
图片：中国激光杂志社提供
责任编辑：任荃

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