以光之名 創新奮進

堅持定位 發展特色

應用光學國家重點實驗室（以下簡稱“應光室”）是我國設立最早的國家重點實驗室之一，依托單位為被譽為“中國光學的搖籃”的中國科學院長春光學精密機械與物理研究所。應光室的主要創建者是新中國光學事業的奠基人、兩院院士王大珩先生。在王大珩先生等一批老一輩科學家的倡導和主持下，應光室于1986年啟動建設，1987年獲國家批準，1990年順利通過原國家計委主持的驗收。

30年來，應光室的研究工作堅持始終如一的定位。以高精度、超高精度為主線，在應用光學的主要前沿領域中，一是解決國家戰略需求和重大產業、重大工程、重大科學裝置中的基礎性關鍵技術問題，攻克對應的技術難關;二是在原理方法、工程技術、儀器裝備和集成示范等方面做出具有鮮明特色的創新研究成果，并不斷推向應用;三是培養應用光學及相關領域的高水平人才。

應光室以超高精度光學加工、檢測等技術為核心，面向國家重大戰略需求和應用光學前沿技術發展，開展高精度、超高精度應用光學儀器、設備的關鍵技術攻關與裝備研發。堅持滿足國家戰略需求與學科前沿技術協調發展的實驗室建設目標。致力于把實驗室建設成為我國應用光學領域的創新研究基地和人才培養基地。長期以來，應光室形成了3個主要的研究方向：短波光學、空間光學，以及前沿光學技術與應用。

在短波光學上：應光室面向高端光刻機國產化與產業化的迫切需求，開展代表當前應用光學發展極限水平的深紫外/極紫外（DUV/EUV）投影光刻光學技術研究;面向外層空間對地球的大氣環境監測、短波空間成像探測等重大工程應用需求，開展空間紫外/極紫外（UV/EUV）遙感探測技術研究，解決核心單元器件研制、空間極端環境下的可靠性與穩定性等難題;面向第三代同步輻射軟X射線光譜分析的科學研究需求，重點開展高分辨能力光柵單色器和雙晶單色器關鍵技術研究，高精度大型壓彎機構、高性能KB鏡聚焦系統、高精度光束整形設備研究。

在空間光學上：應光室開展航天對地高分辨率成像技術研究;開展航天高分辨率高光譜遙感技術研究;開展空間對接瞄準的空間目標照明與成像技術研究;面向國家空間引力波探測計劃需求，開展超高精度空間激光干涉測量技術研究，發展皮米精度計量、檢測與標定新技術與儀器，構建超高精度研究團隊與技術體系。

在前沿光學技術與應用上：應光室面向大氣湍流校正和光場調控技術的需求，在液晶光學方向開展高速液晶材料、液晶光學調控器件及自適應光學系統的研究及其應用;面向生物醫學領域的技術需求，在微納器件與系統方向開展微納傳感、光譜、超分辨成像等關鍵技術和基礎理論研究;此外，實驗室開展了計算光學成像技術、等離激元光子學等新的學科方向，分別開展了云成像光學系統研究、壓縮感知成像技術、采用等離激元增強吸收的高性能非制冷紅外探測器等研究工作。

從精細至極的短波光學，到觀測視野廣闊的空間光學，再到以創新為動力的前沿光學技術與應用，應光室咬定青山，面向國家重大戰略需求和應用光學前沿技術發展，向一個又一個難題發起沖擊，并收獲豐碩成果——“嫦娥三號”月基極紫外相機、“天宮二號”紫外臨邊成像探測儀、“風云三號”廣角極光成像儀、離軸三反光學系統、“風云三號”太陽絕對輻射計、便攜式的全血多參數快速自動探測微流控分析系統與儀器、世界國際首套工程化應用的液晶自適應光學系統……為我國精密光電儀器的發展作出了突出貢獻。

面向未來 創新實干

2021年，應光室再接再厲，腳踏實地做科研，繼續貢獻新成果。

傅里葉疊層顯微成像（Fourier ptychographic microscopy，FPM）是近年來發展起來的一種具有高分辨率、大視場的計算成像技術。應光室提出單次全視場重建傅里葉疊層顯微成像。該工作首次將LED陣列照明光源與遠心鏡頭結合在一起提供多角度的、等光強的平面波照明，實現了單次全視場高分辨率圖像重建。打破了傳統傅里葉疊層成像中多次重建的限制，使傅里葉疊層成像的高幀率動態探測成為可能。

增加光與氣體相互作用的有效光程是提高激光氣體探測系統測量精度、靈敏度的關鍵技術之一。在應光室開放課題的資助下，山東大學晶體材料國家重點實驗室、應光室和美國得州農工大學（Texas A&M University）天文與物理學院的研究人員在長光程吸收池及激光光譜氣體探測的合作研究取得新進展。他們提出了一種基于共焦腔原理的中紅外長光程氣體吸收池，利用該共焦腔原理可操控激光光束在氣體吸收池內的傳播長度（目前已實現580米有效光程）。研究者利用該吸收池，結合激光吸收光譜技術、波長調制技術，以及先進數字濾波技術實現了一種高靈敏度的甲烷氣體傳感器。該氣體吸收池的研制為下一步開展基于中紅外光學的高靈敏、快速人體呼氣測量研究奠定了基礎。

因為石墨烯優異的性質，基于石墨烯的光電探測器引起了人們的廣泛關注。然而由于石墨烯無帶隙的性質，石墨烯光電探測器的暗電流通常非常高，造成器件具有低的開關比和高的背景噪聲。因此，如何將暗電流降低到較低水平并保持優異的光電檢測能力是石墨烯光電檢測器實際應用中需要解決的主要障礙。應光室提出了一種構建面內p-n-p同質結降低石墨烯光電探測器暗電流的有效途徑。該器件在中紅外波段表現出出色的光響應和極低的暗電流。基于石墨烯面內同質p-n-p結的紅外光電探測器的實現為石墨烯-硅集成寬帶光學器件的發展提供了思路。

為了解決當下虛擬現實技術在立體感和舒適性等方面的問題，應光室提出了一種基于曲面屏和視差光柵的顯示系統，并從理論上詳細研究了該顯示系統的顯示原理和特點。它可以在不戴任何眼鏡的情況下提供360°的水平視場立體圖像，以獲取沉浸式的自由立體效果。仿真和實驗結果表明，該顯示系統在觀察區域內可獲得無串擾的顯示效果。相關研究為自由立體顯示技術的改進和虛擬現實技術的應用提供了一些新的思路。

紅光AlGaInP外延層通常生長在GaAs襯底上，而由于GaAs襯底吸光且導熱系數小，限制了紅光micro-LED器件的性能。應光室使用晶圓鍵合和襯底轉移技術，成功制備出位于硅襯底上的像素密度達到2000PPI的紅光micro-LED陣列器件。這種高密度硅襯底AlGaInP紅光micro-LED陣列器件具有穩定的光譜特性、色彩顯示能力，出色的電學和光輸出能力，未來將在可見光通信、全彩顯示和生物醫療等領域發揮重要作用。

基于Fano共振的納米材料由于其優異的光學特性，在高靈敏度生物傳感、快速響應的光學開關、納米光電器件等領域應用廣泛，逐漸成為光調控領域的發展趨勢。然而，由于金、銀等金屬材料中自由電子的振蕩導致了很強的輻射損耗，限制了其在納米光子學中的應用，應光室基于這一背景，提出了一種中長波紅外波段8～12μm（25～37.5THz）的光學折射率傳感器。該傳感器基于“吉祥結”結構陣列的法諾共振，利用有限時域差分方法分析了其在紅外波段的反射光譜和近場電磁場分布。該結構對周圍物質的折射率變化敏感，傳感靈敏度高達986nm/RIU，平均品質因數為29。同時，該結構對入射光電場的偏振方向不敏感，該研究在光學傳感、生物傳感、環境監測等方面具有重要意義。

以光之名，創新奮進。應用光學是支撐當前及未來社會發展的關鍵性應用基礎研究學科之一，其發展與國民經濟、國防建設和高技術產業有著重大關聯。相信在未來，應用光學國家重點實驗室還將繼續創造輝煌。