正文
关键量子信息器件——“三高”量子纠缠光源研究
中山大学王雪华教授团队与其合作者，提出一种能克服光子侧向和背向泄漏、并能极大提高光子前向出射的新型微纳“射灯”结构，其单光子理论收集效率在较大的带宽中超过90%、最高可达95%，在国际上率先制备出同时具备“三高”——高亮度、高全同性、高纠缠保真度的量子纠缠光子对源。
压缩超快时间光谱成像术创造超快成像新纪录
西安交通大学陈烽教授团队与其合作者，提出了一种基于时频变换思想的“压缩超快时间光谱成像术
（CUST）
”。CUST通过对飞秒激光进行数字编码，并在时间和光谱维度上进行压缩和解压缩，从而能够同时实现高速度、高帧数以及高光谱分辨率。CUST的超高帧率可以达到3.85 THz
（1 THz=10
12
Hz）
，和亚纳米级超高光谱分辨率。这一研究成果使得长时间、宽光谱地记录飞秒影像成为可能，将推动更多涉及超快过程的极端物理、化学、材料和生物学的研究。
光的波粒二象性的可控量子叠加
南京大学马小松教授和祝世宁院士课题组利用多光子纠缠态的非局域特性，构建了远程的量子逻辑门。在该实验中，他们使用了另外一对纠缠光子作为控制单元，利用纠缠光子对去调控在波动性与粒子性之间切换的实验主体光子。为了实现严格的非局域量子控制，控制单元需要远离实验主体单元，也就是要满足“爱因斯坦局域性”条件。通过审慎地规划设备位置和校时，他们实现了相关事件在相对论意义上的隔离。实验成果证明了：光既能以粒子态或者波动态存在，也能以二者的量子叠加态存在。而且，这一量子叠加的性质是可控的。该项工作为未来的量子技术提供了新的控制手段。
可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片
哈尔滨工业大学
（深圳）
徐科副教授、宋清海教授与其合作者，利用一种离散化的波导超结构，在亚波长尺度对波导局部介电常数进行任意地优化，通过算法设计出具有特殊光场调控功能的亚波长结构。研究人员针对片上模分复用信号任意路由的需求，设计并制备了模式
（解）
复用器、多模弯曲波导、波导交叉等关键器件，器件能同时支持TE0, TE1和TE2模式，尺寸仅为数微米，比传统器件缩小了一个数量级，且与标准硅光流片工艺完全兼容。基于上述研究结果，研究人员进一步设计了任意布线的光子回路来验证高速模分复用信号的片上传输和互连性能。实验结果表明，对于两组任意设计的模分复用光子回路，均实现了三模式复用的高速信号
（3×112 Gbit/s）
的传输。对于PAM-4和DMT高阶调制格式，误码率均达到了前向纠错阈值
（FEC）
以下。这为片上多模光学系统的大规模集成解决了模间串扰和损耗问题。
基于类人算法（HLA）的智能锁模激光器
上海交通大学义理林教授课题组提出了基于类人算法
（HLA）
的智能锁模激光器。其中，ADC负责采集激光器输出波形，相当于人为调节锁模过程中的人眼识别波形；DAC负责输出直流信号调节EPC，相当于人为调节锁模过程中的手动调节偏振态；FPGA负责对采集到的波形进行分析和鉴别同时运行HLA，相当于人为调节锁模过程中大脑判断是否锁模并控制手动调节。在最快的测试中，开机自动锁模仅需0.22 s，失锁恢复则仅需14.8 ms，均大幅刷新了之前的记录，具有重要的产业应用价值。
基于多角度干涉的三维多色活细胞超分辨光学显微镜
浙江大学刘旭教授和匡翠方教授课题组，在超时空分辨活细胞成像系统和方法研制方面取得突破，开发出了新型的光学超分辨成像技术——多角度干涉显微镜
（MAIM）
。研究人员从照明光场调制和频域调制角度入手，巧妙地将多角度全内反射照明引入到结构光照明显微技术中，搭建了一套基于非共轴干涉系统的新型光学成像系统。该方法结合了结构光照明显微技术和多角度全内反射照明显微技术，实现了横向分辨率~100 nm，轴向分辨率~40 nm的三维超分辨成像。在成像速度提升方面，课题组通过利用变角度倏失场照明下的结构光成像，结合计算成像模型，使得三维成像速度大大提升，可对活细胞表面结构进行快速、长时程、多色和三维超分辨成像研究。
无磁光场非互易放大
华东理工大学龚尚庆教授、钮月萍教授团队与其合作者，将原子热运动导致的多普勒效应和拉曼增益结合，提出了可在自由空间实现光波波段非互易放大的原创性方案，并在实验上进行了验证。常温铷原子气体中完成的相关实验，获得了26 dB的前向放大和30 dB的反向隔离。当信号光和控制光同向传输时，其感受到的多普勒效应和控制光场相同，此时信号光可以无吸收通过。在泵浦光场的作用下，增益通道打开，信号光被急剧放大。反之，信号光被强烈吸收。这一方案为常温工作、易于调控、小型化可集成的无磁非互易放大器研制提供了新的途径。
大带宽、低损耗、高效率、高集成度的硅基电光调制器
中山大学蔡鑫伦、余思远课题组与其合作者，通过在硅基芯片上混合集成具有优越线性电光效应的铌酸锂薄膜材料，充分发挥硅和铌酸锂这两种重要光子学材料各自的优势，实现了创新的“硅与铌酸锂混合集成电光调制器”。
该器件实现了远超传统纯硅电光调制器的调制带宽
(> 70 GHz，达到现有测试系统极限
）、创纪录的低插入损耗
(< 2.5 dB)
、高于传统铌酸锂调制器4倍以上的调制效率
(2.2 V∙cm)
，并具有高线性度、高集成度以及低成本等优异特性，其加工方法可以与标准CMOS工艺后端兼容。研究人员还进一步演示了112 Gbps超高数据调制速率以及170 fJ/bit的低功耗。所有材料与加工工艺完全依靠国内自主条件，具备完全的自主知识产权。
采用反向外延技术实现晶圆级亚50 nm周期的多层膜光栅器件制备
中科院上海微系统与信息技术研究所欧欣教授与同济大学合作者，提出了一种制备大面积超高线密度光栅的新方法，它基于自下而上的自组装原理，利用低能离子轰击在半导体材料
（Ge）
表面激发空穴的类外延生长，形成高度规则的纳米沟槽阵列，沟槽周期达到亚50 nm水平，形状类似对称的闪耀光栅结构，光栅线密度相当于2万线/毫米。在此基础上，将纳米光栅与多层膜相结合，形成三维多层膜光栅结构，实验角色散性能比现有成熟技术制备的最高线密度光栅
（5000线/毫米）
高6倍。该技术已经获得三项中国发明专利和一项德国专利的授权，具有完全自主知识产权。
高性能蓝光单模微纳激光
中科院上海光机所张龙、董红星研究员领衔的微结构光物理研究团队与其合作者，发现一种新型全无机钙钛矿RbPb
Br
3
材料。团队结合大量实验结果和理论分析，深度解析了新型全无机钙钛矿RbPbBr
3
的2种相结构及其对应的XRD衍射图谱和能带结构，系统研究RbPb
Br
3
钙钛矿-非钙钛矿相转变发生的条件以进一步解释其内涵的化学机制，在高功率400 nm飞秒激光作用下，在单个微球内可实现高品质蓝光单模激光输出，其激光品质因子Q高达~2100。与其他材料相比，RbPb
Br
3
微球内的单模激光表现出低阈值、窄带宽和高品质特性。研究结果对钙钛矿材料相稳定、高性能微纳激光器件及多色激光器等的研究具有重要意义。
突破线性界限的光纤量子密钥分发系统
中国科学技术大学郭光灿院士和韩正甫教授领导的量子密码研究组首先在理论上提出了免相位后选择的双场量子密钥分发协议，有效降低双场类协议的执行复杂度。研究人员突破了异地孪生光场制备和长距离信道相位补偿两项核心技术，使得该协议在300 km常规商用光纤信道中，率先完成了超越线性界限的高密钥生成率实验，为实现无中继长距离城际量子密钥分发网络迈出了关键的一步。
