投票评选：2021 中国光学领域十大社会影响力事件（Light10）

无人机做光学中继，在移动量子网络中“穿针引线”

高速行驶的车辆背后随时有无人机提供安全的量子网络信号。这一幕可能出现在科幻片中的画面，或在不久的将来变为现实。中国科学院院士祝世宁领衔的南京大学固体微结构物理国家重点实验室谢臻达、龚彦晓教授课题组在一项实验中，在两架相距200米的重约35千克的无人机和地面之间构建了一个小型的量子通信网络，并向地面相距1公里的两个望远镜，分别发送一个光子，最终测得了高保真度的具有纠缠特性的光子对。显示出多节点移动量子组网的可行性，标志着量子网络向实用化迈出关键一步。

新型柔性X射线成像技术有望突破国外技术限制

自从一百多年前X射线被发现，“X光”就与人们的生活息息相关。从简单的胸透到复杂的工业无损探伤，X射线成像技术在许多领域发挥着巨大作用。目前，我国高端X射线医学影像设备及关键元器件主要依赖于进口。福州大学教授杨黄浩、陈秋水课题组及其合作者发明了长寿命X射线发光的稀土纳米晶闪烁体，提出了高能量X射线光子诱导缺陷产生长余辉发光的机理，开发了新技术原理的柔性X射线发光成像器件。这一研究打破了传统X射线平板探测器的固有限制，为制备新一代柔性X射线成像设备提供了新思路和途径。该成果标志着我国在柔性X射线成像技术方面进入国际先进行列，并有望突破国外的技术限制，推进高端X射线影像装备的国产化。

清华在新型加速器光源研究中取得进展，有望助力光刻机研发

清华大学工程物理系教授唐传祥研究组及其合作者，报告了一种名为“稳态微聚束”（SSMB）的新型粒子加速器光源的原理验证实验。据悉，这项重要研究有望为光子科学研究提供新的机遇，并助力EUV（极紫外）光刻机的自主研发。“SSMB光源的潜在应用之一是作为未来EUV光刻机的光源。”唐传祥教授表示。光刻是集成电路芯片制造中复杂和关键的工艺步骤，光刻机是芯片产业链中必不可少的精密设备。目前业界公认的新一代主流光刻技术是采用波长为13.5纳米光源的EUV光刻。而大功率的EUV光源是EUV光刻机的核心基础。

我国在全脑光学高清成像领域实现新突破

中国科学院院士、海南大学校长骆清铭教授团队基于线照明调制光学层析成像发展了高清荧光显微光学切片断层成像技术，将全脑光学成像从高分辨率提升到高清晰度的新标准。骆清铭团队介绍，相关技术不仅极大地提高了全脑光学成像的数据质量，而且对该领域面临的大数据难题开辟了全新的解决途径，在数据存储、传输、处理和分析等方面效率显著提高了，有望在标准化、规模化的脑科学研究中发挥巨大作用。

衣服变屏幕！“穿”在身上的显示器，你曾设想过吗？

如果把人身上的衣服变成一个电子显示器，可以产生哪些应用？比如，是否有可能在衣服上直接浏览资讯、收发信息、实时导航？在极地科考、地质勘探等野外工作场景中，只需在衣物上轻点几下，即可实时显示位置信息；语言障碍人群能把显示器“穿”在身上，作为高效便捷交流和表达的工具。这种天马行空的想象，可能在不久的将来成为一种真实应用场景。复旦大学高分子科学系教授彭慧胜团队成功将显示器件的制备与织物编织过程融合，实现了大面积柔性显示织物和智能集成系统的制备。

我国一新型人工视觉光电传感器问世

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心孙东明研究员、成会明院士课题组与相关单位合作，开发出一种柔性碳纳米管—量子点神经形态人工视觉光电传感器。科研人员设计并制备了一个1024像素的柔性神经形态光电传感器阵列，其中铯铅溴钙钛矿量子点作为感光层和光生电荷俘获层，半导体碳纳米管薄膜作为电荷传输层，二者复合具有良好的柔性，能够均匀地大面积成膜，并保持长期稳定性。同时，该光电传感器阵列集成了光传感、信息存储和数据预处理等功能，这与生物系统行为类似，可实现实时并行处理信息，对于模仿生物视觉处理的人工视觉系统具有重要启发意义。据悉，该研究还是首个实现在极暗条件下响应，并完成神经形态强化学习的案例。

“留光”1小时！我国科学家刷新世界纪录迈向“量子U盘”

光以每秒30万公里的速度运动，让它“慢下来”乃至“停留下来”，是重要的科研问题。中国科学技术大学李传锋、周宗权研究组近期成功将光存储时间提升至1小时，大幅刷新8年前德国团队创造的1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。

让传感器更智能：戴光学眼镜或可识别海量人脸信息

机场和车站的安保人员不用守在大型安检机旁工作，而是戴着轻便的光学眼镜就能识别出海量的人脸信息，进行智能安全检查，乘客们也不用挤在一起“刷脸”“开箱”，这样快捷简便的场景令人期待。上海理工大学未来光学实验室人工智能纳米光子学中心顾敏院士团队公布的研究成果，在纳米加工技术领域提出了全光推理全息纳米结构研究方案，让这一场景距离现实又近了一步。此技术将为人工智能光电器件集成芯片化铺平道路，快速、高效节能的功能性光电器件可以应用于安全检查、医疗影像、智能驾驶、艺术品鉴赏和卫星图像处理等领域。与现有解决方案相比，其占用空间更小，能耗更低、成本更低。

我国首台X射线自由电子激光装置首次获得飞秒尺度的X光照片

我国首台X射线自由电子激光装置——上海软X射线自由电子激光装置调试工作连续取得突破性进展。6月21日凌晨成功获得首批实验数据，首次获得飞秒尺度的“水窗”波段X光照片。从“产生光”到“应用光”，标志着我国在软X射线自由电子激光研制和使用方面已步入国际先进行列。上海软X射线自由电子激光装置也成为国际上仅有的两个实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一。“水窗”是指波长在2.3纳米到4.4纳米范围的软X射线波段。在此波段内，水对X射线是透明的，但其它构成生命的重要元素（例如碳等）仍会与X射线相互作用。因而，水窗波段的X射线，可用于活体生物细胞显微成像、非晶材料本质和相变机理、超快化学反应动态过程、超导的电子结构动态过程等重大前沿课题的研究，具有极其重要的科学应用价值。

科学家利用激光实现量子材料电子维度操控

上海交通大学张文涛研究组与张杰院士、向导教授团队等合作利用飞秒激光操控，在三维量子材料中实现瞬时二维长程有序电子态，并在其中发现光致超导的迹象。先进仪器的研制和实验精度的提升是获得此新发现的关键。张文涛研究组自主研制的时间分辨角分辨光电子能谱仪，时间分辨率（113飞秒）和能量分辨率（16.2毫电子伏特）的乘积接近物理极限，达到了国际上同类仪器的最高水平。张杰、向导团队研制了目前世界上唯一一台时间分辨率优于50飞秒的兆伏特超快电子衍射装置。这项研究结合了时间分辨角分辨光电子能谱仪对电子敏感和兆伏特超快电子衍射装置对原子敏感的优势，分别从超快电子结构和超快晶格动力学两方面提供了相关发现的实验证据。张杰表示，这些发现首次展现了利用超快激光实现对量子材料中电子维度的调控，并产生奇异的量子现象。

“冰光纤”问世，柔软且可高效导光

在人们的常识中，冰是一种脆性的易碎物质，没有弹性、无法弯折。然而在微观尺度下，科学家打破了这一固有认识。浙江大学光电科学与工程学院童利民教授团队及其合作者，在零下50℃环境中，制备出了高质量冰单晶微纳光纤。其既能够灵活弯曲，又可以低损耗传输光，在性能上与玻璃光纤相似。

穿上它可降温近5℃ ，我国科学家研发出可无源制冷的光学超材料织物

华中科技大学陶光明团队与多个科研单位合作，突破性地研发了一种具有形态分级结构、可大批量制备的光学超材料织物，该织物既能防晒，又可让人体体表温度降低近5摄氏度，具有优异的可穿戴性，并与整个纺织行业相兼容，适合大规模推广制备和产业化应用。

我国学者利用通讯光纤网络实现大地震后的快速响应

大地震之后会跟随大量余震，往往会对建筑物和基础设施造成二次危害，阻碍了震后救灾工作的展开。已有研究表明，一个大于6级的地震发生后，仍有一定的概率（约5%）会跟随一个更大的地震，从而导致更严重的灾害。因此，对余震序列的密切监测对于跟踪后续地震灾害、提高对余震规律认识至关重要。虽然已有传统区域和全球永久地震台网在大地震监测中取得了很大的成功，但它们的空间覆盖不足以提供高分辨率的余震监测，而现有传统地震仪在观测密度、响应速度、实时传输无法兼顾，在震后快速响应上具有较大的局限。如何在震后快速布设密集的地震观测网，是震后监测和救灾的核心难题之一。中国科学技术大学李泽峰特任研究员与合作者一道，利用分布式光纤阵列（简称DAS）与其他传统的地震监测技术相结合，极大地提高大地震后快速响应系统的能力，为后续大震后救灾提供重要的技术支持。

激光加速器首次发射自由电子激光

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的科学家利用自主研制的高性能重频超强超短激光装置，驱动产生了高品质的电子束，并首次实现自由电子激光放大输出，在国际上率先完成台式化自由电子激光原理的实验验证，对于发展小型化、低成本自由电子激光器具有重大意义。

像数星星一样观察分子：新型化学显微镜在浙江大学问世

化学创造着千变万化的物质世界，在这其中每一个单分子起到基本的作用。传统化学和生物学研究大量分子参与的反应和变化。著名物理学家埃尔温·薛定谔曾评论过：“我们从来没有用一个单电子、单原子或单分子做过实验。我们假设我们可以在思想实验中实现，但是这会导致非常可笑的后果。”观察、操纵和测量最为微观的单分子化学反应是科学家面临的一个长久科学挑战。针对这一挑战，浙江大学化学系冯建东研究员致力于发展跨学科的单分子测量方法和仪器，实现多维度的溶液体系单分子物理和化学过程观测、新现象研究和应用建立。其团队发明了一种可以直接对溶液中单分子化学反应进行成像的显微镜技术，并实现了超高时空分辨成像。该技术在化学成像和生物成像领域具有重要的应用价值，允许看到更清晰的微观结构和细胞图像。

中国科学家造出生命“光开关”

利用一束光来治疗疾病不再是神话故事和科幻小说中才会出现的情节，光遗传学的出现，让这个不可思议的治疗手段成为可能。近年来，科学家对光敏蛋白的挖掘和设计，构建了一系列光遗传学工具，并将其应用于肿瘤及代谢疾病等治疗领域。虽然光遗传学工具已经得到了蓬勃的发展，然而要真正实现利用一束光来治疗疾病仍然需要克服许多问题。华东师范大学生命科学学院研究员叶海峰团队研发了一个模块小、灵敏度高、可逆性良好的新一代光遗传学工具，为基础医学和转化医学研究，尤其是精准可控的基因治疗和细胞治疗领域提供了强有力的新型控制系统。

1741个！我国建成世界最大的小鼠全脑神经元数据集

戴上VR设备“潜入”大脑深处，在宛若树根状缠绕的神经元中探寻，抽丝剥茧“捕捉”它们的正确路径。这不是体感游戏，这种“沉浸式观察”是重建大脑神经元的创新方式。东南大学与国内外多家单位合作，生成了目前世界上数目最大的小鼠1741个单细胞神经元的数据集，并鉴定了来自皮层、屏状核、丘脑和纹状体等脑区的11种主要的神经元投射类型。虽然小鼠的大脑和人类的大脑存在差异，但是在结构和细胞类型方面大体上是相似的，因此鼠脑神经元的研究为解析人脑的神经元类别以及探索神经系统疾病如精神分裂症，自闭症，抑郁症等的机制提供了重要的信息。

科学家首次实现六维光信息复用技术

国际数据中心的报告显示，到2025年，人类社会数据总量将达到175ZB。作为信息的重要载体之一，光的波长、偏振、振幅等物理维度能够建立正交的数据通道，利用光的物理维度复用可提高光信息技术的容量和安全性。随着光信息技术的发展，数据的编码几乎耗尽了现有的相关物理维度，光信息复用的容量正迅速接近极限。自20世纪初科学家认识到光子携带轨道角动量（OAM）可作为光子复用的新维度以来，利用相位涡旋光场开发光子OAM的复用技术方兴未艾。然而，微纳尺度下光子OAM的操控和复用与宏观尺度对应的自由空间及光纤截然不同，发现深亚波长尺度下OAM光场与物质相互作用的新机制和复用新技术，成为发展下一代光子器件亟待解决的关键科学难题。来自暨南大学、上海理工大学等机构的联合团队以光为载体实现了大容量信息复用技术，有望为下一代高密度光存储技术提供新思路。该研究为开发光的OAM维度以控制光与物质的相互作用开辟了新途径，其机制也可应用至其他相关光学系统。

计算显微成像算法：活细胞60纳米和564Hz荧光超分辨率成像

我国首台100千瓦超高功率工业光纤激光器正式启用

从立项到研制成功到交付使用，国内首台100千瓦工业光纤激光器仅用了短短6个月的时间。该激光器启用仪式在南华大学举行。作为国内目前最大功率的工业光纤激光器，也是全球第二大功率的工业激光器，其将在先进制造、航空航天、医疗设备等方面发挥巨大作用，尤其是在放射环境下核设施的退役拆除、核污染器件的表面去污等方面得到更广泛应用。

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