光学

光学

首个全波段相位匹配晶体

非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件，在晶体中实现应用波段相位匹配被普遍认为是重要的技术挑战之一，对最终激光输出的功率和效率有重要影响。]但现有晶体均存在双折射相位匹配波长损失，即晶体最短相位匹配波长与紫外截止边存在差距。 

2023年7月，中国科学院科研团队成功研制出一种新型非线性光学晶体，实现了整个透光范围内的激光输出，是世界上首个全波段相位匹配晶体。【源】

最高的钙钛矿发光二极管外量子效率

钙钛矿白光发光二极管（LED）最高外量子效率(EQE)：
12.2%，由华南理工大学陈梓铭&叶轩立团队2021年创造。

钙钛矿蓝光发光二极管最高外量子效率：
21.4%，由中国科技大学崔松林团队于2024年创造。

准二维钙钛矿绿光发光二极管最高最高外量子效率：
22.49% ， 由中科院半导体所张兴旺、游经碧团队于2021年创造。

大面积准二维钙钛矿绿光发光二极管最高外量子效率：
16.4%（9.0 cm2），由南开大学袁明鉴团队于2021年创造。

全无机钙钛矿绿光发光二极管最高外量子效率：

16.45%，由华侨大学魏展画团队及合作者于2021年创造。【源】

首个光子偏振态的可集成固态量子存储

2022年5月，中国科学技术大学李传锋、周宗权研究组基于自主加工的激光直写波导，在世界上首次实现了光子偏振态的可集成固态量子存储，存储保真度高达99.4±0.6%，显著推进了可集成量子存储器在量子网络中的应用。

首个发光具有方向性的量子点材料

量子点发光二极管(QLED)由于其优异的光电特性，如高色纯度、高发光效率和优异的稳定性等，在照明显示领域具有广阔的应用前景。

2022年3月，中科大在量子点发光材料领域取得重要进展，成功制备出发光具有方向性的量子点，有望大幅提升量子点发光二极管(QLED)器件的发光效率。

唯一的全相干涡旋X光产生方案

2021年7月17日，上海光源科学中心自由电子激光团队在X射线自由电子激光振荡器研究方面取得重要进展，理论提出了一种产生涡旋X光的方法。研究表明，仅仅通过增益失谐的调节，X射线自由电子激光振荡器的输出就可以从传统的高斯光变为涡旋光。这是世界上产生全相干涡旋X光的唯一方案。【源】

最先实现光量子信息掩蔽

2021年5月，中国科学家李传锋团队，利用线性光学研究平台，在世界上最先实现了光量子信息掩蔽，成功地将量子信息隐藏到非局域的量子纠缠态中。

最亮的量子光源

2021年4月，台湾清华大学林皓武，研发出稳定性极高且具有自我修复能力的量子点。其产生的单光子亮度打破世界纪录，成为室温条件下最亮的量子光源材料。 用这种喷雾合成法制备的钙钛矿量子光源，只要用其他量子光源约1%的能量激发，它的单光子亮度就能达到每秒900万光子数。

最先实现公里级远距离非视域成像

2021年，中国科学家潘建伟、窦贤康、徐飞虎团队实现了1.43公里的远距离非视域成像，在世界上首次将成像距离从米级提高到公里级。非视域成像是指对隐藏在视线之外的物体进行拍照，实现“隔墙视物”。

最大口径钛宝石晶体 

中科院上海光机所于2015年自主研发成功中国首台热交换法生长大尺寸钛宝石晶体设备。依托该设备，研究人员通过十多次晶体生长实验，优化晶体生长工艺参数，突破大尺寸钛宝石晶体生长关键技术，于2017年研制成功全球最大尺寸、直径达235毫米的优质钛宝石晶体。 

最高激光脉冲峰值功率

2019年12月7日，上海超强超短激光实验装置（又名“羲和激光装置”）获得激光中心波长为800纳米，输出能量404焦耳，重复频率3分钟/发次（较协议指标提升40倍），压缩后脉冲宽度达24.6fs，平均峰值功率11.7拍瓦（最高峰值功率12.9拍瓦）的结果，创造了世界最高激光脉冲峰值功率。

首台10拍瓦超强超短激光实验装置

上海超强超短激光实验装置2016年11月20日开工，2020年12月28日通过验收。这是世界首台10拍瓦超强超短激光实验装置。

最大的半导体激光器调谐范围

2009年，湖南大学纳米光子学小组与美国亚利桑那州立大学合作，将半导体激光芯片调谐范围（指发光波长所能调节的范围）扩大10倍，成功地演示出５００纳米绿光直至７００纳米红光，创造了新的半导体激光器调谐范围世界纪录。此前半导体激光器调谐范围最长只能达到几十纳米。

最大功率的LED光源

2007年，由武汉国家光电实验室微光机电系统研究部、华中科技大学机械学院微系统中心和能源学院合作，成功封装出1500瓦超大功率发光二极管（LED）光源。此光源是世界上最大功率的LED光源。 

最先发明硅衬底氮化镓基LED

2004年，南昌大学科学家江风益，在世界上率先攻克了硅衬底上生长氮化镓基LED材料的难题。使中国的硅衬底技术与日本的蓝宝石衬底技术，以及美国的碳化硅衬底技术形成了“三足鼎立”的局面。  

首台OPCAP小型超短超强激光器

2004年，中国建成世界上第一台基于光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）新原理的小型化1064纳米波长10太瓦级超短超强激光装置。该装置还创造了以下世界纪录：

首台实用化深紫外全固态激光器

中国制造了世界上第一台实用化深紫外全固态激光器，包括深紫外非线性光学晶体与器件平台、深紫外全固态激光源平台，以及基于这两个平台研制的新型深紫外激光科研装备。

最先发明三硼酸锂 

1989年，中国科学家发明了三硼酸锂。这是一种具有很大实用价值的新型非线性光学晶体材料，广泛应用于激光器件。这是继BBO和LBO之后中国发明的又一种重要的新型非线性光学晶体材料。

最早的分光实验

宋代寇宗奭《本草衍义》卷四《菩萨石》记载：“嘉州蛾眉山出菩萨石，色莹白明澈，若太山狼牙石、上饶水精之类。日中照之，有五色，如佛顶圆光，因以名之。”同时代人杜绾在其著的《云林石谱》卷下《菩萨石》中明确指明菩萨石的形体特征：菩萨石“映日射之，有五色圆光。其质六棱，或大如枣栗，则光彩微茫；间有小如樱珠，则五色灿然可喜”。 这些记述表明，人们将石英称为“菩萨石”，正是因为它“日中照之”，便产生了色散现象。在这里，白石英的分光现象被描述得极为清楚。这是世界上最早的分光实验。

最早的日光色散实验

唐代张志和在其《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹。背日喷乎水，成虹霓之状，而不可直者，齐乎影也。”

这是世界上关于日光色散实验的最早记载。它证实了关于自然界虹的成因的说法，也破除了有关虹的种种误解。【源】

最先发现彩虹形成的原因

唐代孔颖达在《礼记·月令·季春之月》“虹始见”下疏解说："若云薄漏日，日照雨滴则虹生。"

这是世界上对彩虹形成原因作出的最早的科学解释。

最早的玻璃凸透镜

安徽亳县东汉曹操宗族墓出土的五枚透明玻璃凸透镜，大小在12至23.5毫米之间，圆形或桃形，是世界上最早的玻璃凸透镜。这五枚玻璃凸透镜片经过研究，发现全都能聚焦取火，其中两枚还能映物放大。 【源】

王燮山：《亳县曹操宗族墓葬出土透镜的初步研究》

最早的调光灯

早在公元250年，中国就已经制造了可以改变和调节亮度的铜灯。

最早的潜望镜

汉代淮南王刘安在《淮南万毕术》中记载了一种复镜：“高悬大镜，坐见四邻。”高诱注曰：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”这是由一面铜镜、一面水镜组合成的开管式潜望镜，它在科学上是近代潜望镜的始祖。 【源】

最早研究凹面镜的性质

阳燧一类凹面镜最早进行光学方面研究的著作是战国时代的《墨经》。

《墨经·经下》：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”这段记录的就是说凹面镜成像有三种情形：物体在球心之外，则像比物小而倒立，是实像；物体在球心与焦点之间，则像比物大而倒立，也是实像；物体在焦点以内时，则像比物大而正立，是在镜背面的虚像。 

最早的幻灯

中国人发明了幻灯。

早在战国时期，就有人利用平行光进行了类似幻灯的光学表演或实验。《韩非子·外储说左上》写道：

客有为周君画荚者，三年而成。君观之，与髹荚同。周君大怒。画荚者曰：“筑十版之墙，凿八尺之牖，而以日始出时加之其上而观。”周君为之，望见其状尽成龙蛇禽兽车马，万物之状毕具。周君大悦。

榆荚、豆荚多有一透明丝网内膜，易于透光。在其上作画，类似今日微型画和微型工艺品。初，周君见荚膜与漆荚类似，所画不辨为何，故而大怒。后经画客指点，方知清晨置此荚于板窗孔上，在窗户对面的屋墙上龙蛇车马历历可见。这个故事道出了现代幻灯必备的三要素：光源，即“日始出时”的平行光，且屋内尚黑，屋内外具有一定的光度差；底片，即荚；屏幕，即墙壁。这故事，不仅表明人们很早就利用太阳光进行光学实验或表演，而且还说明它是幻灯的肇始。【源】

最早的光学实验

世界上最早的光学实验，是二千四五百年前由科学家墨翟和他的学生进行的小孔成像实验。这也是人类对光线沿直线传播的第一次科学解释。֍