中國激光雜志社在上海浦東召開“2017中國光學十大進展”發布會，來自清華大學、浙江大學、中科院上海光機所等機構的20項成果獲此殊榮（基礎研究類與應用研究類各10項）。

獲獎代表與頒獎嘉賓合影。

評選委員會副主任、上海光機所研究員周常河代表評選委員會公布了2017中國光學十大進展入選論文名單。評選委員會主任范滇元院士、中科院上海光機所所長李儒新院士等向獲獎代表頒發了獎杯和證書。清華大學電子系主任黃翊東教授作為獲獎代表發言。

黃翊東教授發言。

清華大學入選的2項成果分別是：

清華大學電子系黃翊東教授團隊劉仿副教授研制出片上集成自由電子光源，在國際上首次實現了無閾值切倫科夫輻射。該成果顛覆了傳統自由電子光源的形式，也使得在芯片上研究飛行電子與微納結構的相互作用成為可能。

黃翊東教授課題組于2004年開始微納結構光電子器件的研究，在微納結構光電子物理及制作工藝、測試技術上積累了國際領先優勢。課題組劉仿副教授帶領課題組博士生肖龍等人，在對人工雙曲超材料中切倫科夫輻射研究過程中發現，在雙曲超材料中無論電子速度多慢都可以產生輻射，即可以實現無閾值的切倫科夫輻射。

(a) 片上集成切倫科夫輻射源，(b)電子顯微鏡照片：（左）片上面電子發射源、（中）雙曲超材料、（右）表面等離子激元周期納米狹縫。

為驗證這一重大發現，課題組成員經過兩年多的不懈努力，連續攻克了片上面電子發射源、雙曲超材料、表面等離子激元周期狹縫等納米結構制作和測試的諸多瓶頸難點，讓電子從幾十納米曲率半徑的鉬尖端發射出來后，在芯片表面保持40納米距離直線飛行200微米，最終觀測到了無閾值的切倫科夫輻射。輻射波長為500～900納米，電子能量僅為250～1400電子伏特，比目前報道的同類實驗所需幾十萬電子伏特的電子能量降低了2～3個數量級。實驗獲得了200納瓦的輻射光輸出功率，與其它利用納米結構獲得的切倫科夫輻射相比，輸出功率高了2個數量級以上。

無閾值切倫科夫輻射的實驗測試結果。

清華大學電子系寧存政教授課題組將單層二碲化鉬和硅基納米臂腔結合，在國際上首次實現了室溫運轉的二維材料納米激光器。這一結果對硅基激光和激子極化激元激光等研究具有重要意義。

清華大學電子系寧存政教授領導的課題組結合多年來開展的納米激光研究經驗，利用厚度只有0.7納米的單層二碲化鉬作為增益材料，以一個寬度僅300多納米、厚度200多納米的硅納米臂腔作為激光器諧振腔。課題組發現，在上述二維材料中，電子和空穴的結合能非常高，可形成穩定的激子態，具有較高的發光效率。硅基納米臂腔具有超高的光學品質因子，而二碲化鉬的激子輻射波長在硅材料內幾乎沒有吸收。因而，二維材料和硅基納米臂腔的“強-強”結合，是將激光器運轉溫度提升到室溫的重要原因。

基于二維材料的納米激光器的結構示意圖。

網狀結構示意單層二維材料，底下是一個用作激光腔的硅納米懸臂。

此研究需要制作尺寸精準的納米懸臂結構，并在懸臂上刻蝕出大小不同的一維圓孔陣列，同時將只有單層的二維材料精準地轉移到納米懸臂結構上，這對納米加工和納米操作技術提出了巨大挑戰。寧存政教授帶領青年教師李永卓等人攻克了一系列困難，終于在世界上首次實現了二維材料納米激光的室溫運轉。

納米線波導實現光放大的示意圖（左），納米線的掃描電子顯微鏡照片（右）。

納米激光器研究對基礎研究和實際應用都有重要意義。首先，二維材料作為最薄的光學增益材料，已被證明可以支持低溫下的激光運轉，但是這種單層分子材料是否足以支持室溫下的激光運轉，在科技界尚存疑慮。室溫運轉是絕大部分激光實際應用的前提，因而新型激光的室溫運轉在半導體激光發展史上具有指標性意義。另外，由于二維材料中極強的庫倫相互作用，電子和空穴總是以激子態出現，因而這種激光實際上與一種新型的激子極化激元的玻色-愛因斯坦凝聚密切相關，是基礎物理領域目前最為活躍的課題之一。

另外8項入選基礎研究類重大光學研究進展的分別是：北京大學發現的光子動量轉換的“混沌高速路”；中科院上海光機所研發的全光驅動、產生強太赫茲輻射的“微型波蕩器”； 南開大學利用寡聚物材料的互補吸光策略構建的具有寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池器件；中山大學合作設計能谷光子晶體，獲得新型能谷-贗自旋相互作用，并實現了贗自旋和拓撲調控；東南大學在開放系統中實現宇稱-時間對稱的量子行走，并觀測到新型一維拓撲保護邊界態；國防科技大學的廣義磁反射鏡；華中科技大學基于軌道分辨高次諧波光譜的阿秒尺度分子核動力學探測；南京大學發現三維狄拉克半金屬薄膜材料可作為制備高性能中紅外脈沖激光器的理想開關材料。

入選應用研究類10大光學研究進展的分別是：北京大學研制成功新一代微型雙光子熒光顯微鏡；浙江大學首次實現納米照明片上大視場無標記遠場納米顯微成像；國家納米科學中心研制成功分子自旋光伏器件；華中科技大學研制的基于非鉛鈣鈦礦單晶的X射線探測器；浙江大學合作實現亞波長全光模擬運算；中科院新疆理化成功研制新一代深紫外非線性光學晶體材料；上海交通大學研制成功硅基集成大范圍連續可調光緩存/延遲芯片；中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所實現超材料吸收器結構與微流通道一體化集成的折射率傳感器方案；中科院化學研究所提出了基于有機回音壁微腔的隱藏光子學條形碼的概念和設計方法；北京交通大學在超窄帶響應的倍增型有機光電探測器的研究中取得了新進展。