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激光与光电子学进展 51, 120000(2014) Laser Optoelectronics Progress ©2014《中国激光》杂志社 “2013中国光学重要成果”入选成果介绍 （排序不分先后） 基于等离激元增强拉曼散射的单分子化学成像 中国科学技术大学侯建国院士研究团队(doi:10.1038/nature12151)在高分辨化学识别与成像领域取得 重大突破，在国际上首次实现了亚纳米分辨的单个卟啉分子的拉曼成像。他们将具有低温超高真空环境的 高分辨扫描隧道显微技术与具有单光子检测灵敏度的拉曼光谱技术结合在一起，利用隧道结中纳腔等离激 元“天线”的宽频、局域与增强特性，通过巧妙的“双共振”频谱匹配调控，仅使用单束连续波激光就实现了一 般需要两束脉冲激光才能实现的非线性拉曼散射效应，不仅大大提高了拉曼光谱的探测灵敏度，而且也显 著提高了空间分辨能力，将拉曼光谱探测推进到前所未有的亚分子亚纳米水平，使单分子尺度的化学识别 与成像成为现实。这对于了解微观世界，特别是微观反应机制和包括DNA测序在内的高分辨生物分子成 像，具有极其重要的科学意义和实用价值，也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。该 成果于2013年6月6 日在《自然》杂志上发表后，立即引起国际科技界的广泛关注。英国《自然》、美国《今日 物理》和《化学化工新闻》、德国《应用化学》等知名学术媒体均撰文对该研究进展加以专题报道和评述。该 成果入选“2013年中国十大科技进展”和2013年度“中国科学十大进展”。 图1 亚纳米拉曼成像的艺术化示意图。在绿色入射激光的激发下，处于STM纳腔中的卟啉分子受到高度局域且增强的等离 激元光的强烈影响，使得分子的振动指纹信息可以通过拉曼散射光进行高分辨成像。该图片是实验原理的艺术化处理，分子 的振动信息和拉曼成像通过底幕上的波状影像来表示。绿色激光照耀下卟啉渲染成翡翠质感，彰显着“玉如意”的中国元素。 星地量子密钥分发全方位实验验证 量子密钥分发是量子通信技术实用化的先驱，其物理原理保证的无条件安全性使科学家们一直致力于全 球化量子密钥分发的研究。要实现更远距离甚至是全球任意两点的量子密钥分发，基于低轨道卫星的量子密 钥分发成为最有潜力和可行性的方案。对于低轨卫星平台方案，大气层的传输损耗，量子信道效率，背景噪声 等问题都是需要克服的。尤其是低轨卫星和地面站始终处于高速相对运动之中，如何在存在角速度，角加速 度，随机振动等情况下建立起高效稳定的量子信道，保持信道效率和降低量子密钥误码率，是基于低轨道卫星 平台实现量子密钥分发的关键性问题。中国科学技术大学上海研究院潘建伟院士和中国科学院上海技术物 理研究所王建宇研究员联合研究团队(doi:10.1038/nphoton.2013.89)用旋转平台来模拟400~800km低轨道卫 星的角速度和角加速度；用热气球来模拟随机振动和卫星姿态；用96km地面自由空间信道来模拟星地之间 50dB的链路衰减信道。自主研制了高速诱骗态量子密钥分发光源，轻便的收发整机，高精度的跟瞄系统，高 精度同步系统，高衰减链路下的高信噪比及低误码率的技术。这是国际上首次基于运动平台的远距离量子密 钥分发，有效验证了运动卫星平台与地面建立量子通道的可行性，为将来星地之间量子通信的实现打下了坚 实的技术基础。 120000-1 51, 120000(2014) 激光与光电子学进展 图1 基于运动平台的远距离量子通信示意图 芯片中引力透镜效应的模拟与光子捕获 “光”是自然界中最神秘的物质之一，近代物理学的几次重要革命，都是发源于人们对“光”的探索。爱 因斯坦为了描述宇宙时空的本质，建立了广义相对论，其最著名的预言是光线在天体附近引力场中会发生 弯曲[图1(a)]。同样，由于光是世界上速度最快的信息载体，对光的捕获和操控，就像理解光的本质一样，也 是人们孜孜不倦追求的目标。南京大学祝世宁院士研究团队(doi:10.1038/nphoton.2013.247)采用简单而巧 妙的旋涂加热工艺，在一块微小的光子芯片上，实现了折射率具有类似中心引力场分布的光学微腔[图1 (b)]