2020年，對中國科技領域影響最大的莫過於兩件事：「新冠」和「卡脖子技術」。在雙重陰影下，光學人的工作和個人生活或多或少受到了影響。雖然通往科研的殿堂一波三折，但向著光的步伐一直堅定：有一群深入疫區「為大氣做CT」的光科學家，「九章」問世使我國成功達到「量子優越性」裡程碑，嫦娥奔月挖土離不開光學載荷的支撐……光學領域有許多值得銘記的突破和進展。
基於光學新媒體數據評選「中國光學十大新聞」已持續4年，是全體光學人的「年終總結」，也是每年同期盤點活動所關注的焦點。今年，中國雷射雜誌社照例評選出2020年在光學領域最具影響力的十大新聞，這些事件將在2020年或若干年後在光學領域、乃至全社會產生深遠的影響。
1. 時空光渦旋與光子橫向軌道角動量的新型光場
2月24日，上海理工大學納米光子學團隊在光子軌道角動量研究領域取得新突破，首次從理論到實驗展示了具有時空渦旋相位並攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，開創了一個全新的光子軌道角動量自由度。光子橫向軌道角動量在光子自旋霍爾效應、量子糾纏和光子自旋-軌道耦合效應等方面可能會展示獨特的性質，也可望應用於高速光通信、光學微操控和新型光電器件等領域。
2. 劉文清院士深入武漢疫區開展走航觀測實驗
2月28日，國家大氣汙染防治攻關聯合中心副主任劉文清院士一行6人乘坐自主研製的觀測車奔赴武漢疫區開展為期2周的大氣環境立體探測實驗。
劉文清院士介紹，此次奔赴疫區主要圍繞火神山醫院、雷神山醫院、武漢協和醫院、金銀潭醫院、武漢客廳方艙醫院、洪山體院館方艙醫院、豐頤大酒店（隔離點）、星火垃圾焚燒廠（醫療廢物處理點）以及武漢三環線等區域開展大氣環境監測和網格化走航實驗。觀測車每日走航300餘公裡，在兩周多的連續觀測中，獲取了武漢重點區域內大量觀測數據，掌握了大氣環境要素的高時空解析度分布特徵及汙染物排放、輸送情況。同時，結合衛星遙感觀測，重點評估疫情發生前後武漢市PM2.5、SO2、NO2和HCHO等汙染物的變化特徵。
3. 超快調製微雷射器提出全光開關新原理
2月28日，哈工大（深圳）宋清海教授團隊在超快調製微雷射器領域取得重要突破，其提出的全光開關新原理，有望突破超短切換時間與超低能耗之間的矛盾。該研究詳細報導了拓撲保護BIC的光開關機理，保證了微型雷射從徑向極化的環形光束到線性極化的旁瓣光的相互超快切換。BIC的極高品質因子能顯著降低雷射閾值，從而突破傳統全光開關的瓶頸。基於現有成果，該項研究的下一步是將該可切換的微型雷射串聯集成到光子晶片上以實現光學邏輯計算的功能。這也是實現最終目標——光計算和量子計算的前提。
4. 輕小型衛星雷射通信終端，實現了國內首次低軌星間雷射通信
中國航天科技集團八院802所自主研製的輕小型衛星雷射通信終端，實現了國內首次低軌星間雷射通信，邁出了國內該領域的第一步。該產品榮獲第22屆中國國際工業博覽會空間信息產業展創新金獎。
該輕小型衛星雷射通信終端採用粗、精複合軸跟蹤，具備優異的全周向跟蹤穩定性。在其跟進系統測試中，該雷射通信終端先後圓滿完成了在軌雙向搜索、捕獲、跟蹤、通信的全部試驗，並驗證了通信終端具有良好的遠程雙向對準以及捕獲跟蹤能力，同時具有較高的通信數據率和較低的誤碼率，雙向通信速率2.5 Gbps，終端重量9 kg，是迄今為止國內數據率最高、重量最輕的星間雷射通信終端。
5. 基於超構透鏡陣列的高維量子糾纏光源
由南京大學祝世寧院士、王振林教授、張利劍教授和王漱明副教授團隊、香港理工大學蔡定平教授團隊、中國科學技術大學任希鋒副教授團隊和華東師範大學李林研究員組成的聯合團隊通力合作，在高維量子糾纏光源製備方面取得重要研究進展，通過結合超構透鏡陣列與非線性晶體，成功製備出高維路徑糾纏光源和多光子光源。
該工作通過將新興研究領域超構表面技術引入量子信息領域，實現了高維度、集成化的雙光子、多光子糾纏光源，突破了現有量子光源的技術瓶頸和信息編碼維度限制，有望應用於高維度的量子通信、量子計算、量子存儲等領域，對於發展具有更高信息容量和更高安全性的量子信息技術具有重要意義。
6. 首次實現亞分子分辨的單分子光致螢光成像
8月10日，中國科學技術大學侯建國院士團隊的董振超研究小組，在近場螢光成像領域取得重要進展，將成像空間解析度大幅提升，推進至0.8 nm的亞納米分辨水平，在世界上首次實現了亞分子分辨的單分子光致螢光成像，為在原子尺度上展現物質結構、揭示光與物質相互作用本質提供了新的技術手段。
該團隊通過精緻的針尖修飾方法在探針尖端構築了一個原子尺度的銀團簇突起結構，並將納腔等離激元共振模式調控到與入射雷射和分子發光的能量均能有效匹配的狀態，再採用超薄的三個原子層厚的氯化鈉介電層恰當隔絕酞青分子與銀金屬襯底之間的電荷轉移，既抑制了螢光淬滅效應，又規避了遠場背景噪音的幹擾，從而成功實現了亞納米分辨的單分子光致發光成像。
7. 國產4萬瓦連續光纖雷射器發布
9月4日，深圳創鑫雷射股份有限公司（以下簡稱「創鑫雷射」）攜手山東濟南邦德雷射股份有限公司（以下簡稱「邦德雷射」）聯合發布最新40 kW雷射切割設備。據悉，40 kW多模連續雷射器創下國內同類工業切割用雷射器功率最高紀錄，所配備的單模塊6 kW也同步打破國內工業實用型單模最高紀錄。創鑫雷射的40 kW產品將國產光纖雷射器功率帶到了更新的高度，並實現產線實用化，標誌著國產高功率光纖雷射器在雷射加工領域更進一步深化，競爭也更加白熱化。
8. 狄拉克渦旋拓撲光腔具有最佳大面積單模性
10月19日，中國科學院物理研究所光物理重點實驗室L01組陸凌研究員等人的團隊與合作者，理論提出並且實驗證實了一種全新的拓撲光子晶體微腔，不但可以支持任意簡併度的腔模，而且是目前已知光腔中, 大面積單模性最好的。這個拓撲光腔填補了半導體雷射器在選模腔體設計上的空白，為下一代高亮度單模面發射器件提供了符合商用雷射器歷史規律的新發展方向，對雷射雷達和雷射加工等技術有潛在的積極意義。
9. 嫦娥五號奔月挖土，光學載荷提供科技支撐
11月24日，嫦娥五號探測器在我國文昌衛星發射中心成功發射入軌；12月17日，返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸，探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。
由中科院空天信息創新研究院研製的月壤結構探測儀是嫦娥五號探測器上的有效載荷之一，西安光機所研製的全景相機為完成採樣區月表形貌和地質構造調查而設計，瀋陽自動化研究所研製的全景相機轉臺主要完成科學探測、表取採樣區域成像、表取採樣過程監視和協作等科學和工程目標，上海技物所研製了月球礦物光譜分析儀、雷射測距測速敏感器和雷射三維成像敏感器等光電載荷，上海技物所與上海光機所共同開發了三款雷射應用系統，包括測距敏感器、測速敏感器、三維成像敏感器。
10. 中國量子計算原型機「九章」問世
12月4日，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統所、國家並行計算機工程技術研究中心合作，構建了76個光子的量子計算原型機「九章」，實現了具有實用前景的「高斯玻色取樣」任務的快速求解。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個裡程碑：量子計算優越性。該成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位，為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規模化量子模擬機奠定了技術基礎。
新民晚報記者 郜陽