校园百科

综述

中国科学技术大学光学与光学工程系是以原物理系光学专业为主，为发展我国光学事业而专门在2009年成立的系，该系设有光学和光学工程两个专业，光学专业为国家重点学科，设有博士后流动站。该系拥有中国科学院量子信息重点实验室和安徽省光电子科学与技术重点实验室。

中国科学院量子信息重点实验室以研究量子通信网络和量子计算机为目标，开展导向性基础研究和应用基础研究，曾荣获国家自然科学二等奖和安徽省自然科学一等奖等成果，量子信息领域研究方向为：量子密码及其应用, 量子通信网络的关键技术, 量子计算新机制研究, 量子信息基础理论。

安徽省光电子科学与技术重点实验室以光电子科学基础研究、应用基础研究以及高新技术研究为主要方向，在聚合物光子学、纳米近场光学、生物光子学、纤维光学和光纤传感等领域形成了自己的研究特色，取得了具有自主知识产权的重要研究成果，为光电子高新技术的产业化奠定了良好基础。

科研概况

该系承担由郭光灿院士作为首席科学家承担科技部“973”项目，国家863计划、国家973计划、中科院知识创新、国际合作等多种重要国家科研项目。量子信息团队为国家基金委“创新研究群体”。

该系在光学领域研究实力居国内高校之首。已发表论文 600多篇，其中Nature 1篇、Phys.Rev.Lett. 15篇。

研究领域简介

光子科学与光子技术是现代光学发展的主流方向，它的兴起标志着光学已进入一个崭新的发展时期。自80年代以来，日趋成熟的电子技术在一些领域，如信息技术、能源、空间、国防等领域中的应用中，越来越明显的显露出其固有的局限性，这种局限性并将直接影响到信息高速公路的建设。由于光子自身固有的优越性，如与电子相比，具备1000倍的电子的信息承载能力，高出2个数量级的传输速率，可实现三维信息存取，多功能传感，并行信息处理，109倍于电磁存储容量；无接触传输，抗电磁干扰等，以光子代替电子作为信息载体与能量载体已成为各国科学家的共识。目前，光子技术的重要性已在光纤通讯与量子计算，二元光学，短波光学等领域中体现出其重要性，取得了重要进展，并形成了一定的产业规模和交叉创新理论。光子学及光子技术是具有重大发展前景的一项科学技术，人们预测今年光子及光电子产业产值将可达到1030亿美元。世界上一些发达国家如美、英、德、日、法等国均将光子技术视为下世纪初国际竞争的关键技术之一，并已作出相应的战略部署。在国内，这项技术的研究已引起了领导层的关注，一些著名高校、研究所开始了相关的研究，但研究方向较杂，未能形成较大的研究规模，难以与国际竞争。另一方面，国外已研制出的光子产品大多处于对我禁运之列，必须依靠自身发展，因此，抓紧这一领域的发展工作，建立具有一定规模的光子科学与光子技术中心，对我国来说将是一项具有重大而深远意义的跨世纪工程。 [2] 

另外，1994年国际兴起的量子信息，迄今已取得了一系列重大进展。主要研究内容是量子通讯和量子计算。量子通讯包括量子密码和量子隐形传态，量子计算包括量子计算机的硬件、量子算法和量子编码。量子密码方面，英、美已在46公里光纤中实现了点对点的密码传送，欧共体的目标是五年内实现网络量子密码实用化，当前的研究焦点是解决实用化的关键性问题并研制网络量子密码体系和新型的量子安全体系；量子隐形传态方面，欧洲、美国先后有3个小组在实验上取得突破，当前的前沿课题是研究新型的量子通信原理。在量子计算硬件方面，迄今已在若干体系中实现关键的量子逻辑门并演示出量子计算的优点，但距实用量子计算机还相当远。当前的国际研究焦点是寻找合适的体系能实现更多量子比特的量子逻辑网络，哪个国家在这方面取得突破，就将取得未来量子信息技术的优势地位；在量子算法方面，已研究Shor、Grover有效算法，正致力于开拓更多有效算法；在量子编码方面，已研究量子纠错、避错、防错和容错编码，研究方向是寻找效率更高、克服消相干能力更强、更易在实际上使用的编码。总之，量子信息已成为国际学术界、各国政府、产业界共同关注的焦点。
　　我们综合了自身优势并跟踪国际前沿研究，提出了建立二十一世纪具有重大战略意义的光子科学与光子技术中心，该中心具体包含了三大主要发展方向：1、新兴的量子通信与量子计算。2、光子技术与器件。3、短波光学。
　　

研究方向，内容，目标

(1)量子通信与量子计算

研究内容：

量子密码和量子通信
　　包括网络密码，点对点实用化量子密码，多维或连续态量子密码，光子量子态的隐形传送，量子概率克隆等。

量子模拟计算和量子逻辑网络
　　包括基于核磁共振的量子逻辑网络和量子模拟计算，新型的量子逻辑网络方案，量子算法，量子编码等。

量子信息论的基础理论
　　包括量子纠缠，量子非局域化，量子不可克隆性，量子香农理论，量子复杂性理论等。
　　开展量子信息领域的理论和实验研究。近期目标：量子密码，量子通信，量子逻辑网络和量子模拟。长期目标：实现量子计算机和实用量子通信系统。总目标：充分发挥多学科交叉协作优势，理论与实验紧密结合，获得一批具有国际前沿水平的研究成果，在量子通信，量子编码和基础理论等若干方面达到国际领先水平，培养和造就一支年龄合理，具有开拓创新能力的学术骨干队伍，建立我国量子信息科学的创新研究基地。 [2] 

(2)光子技术与器件

研究内容：

研究近场存储光场分布函数，光场耦合，能量传递，光与介质相互作用，建立近场光存储模型；发展近场纳米光学器件新方法；进行近场光存储实验研究。

进行非线性光学机理存储，包括电子能量转移、局域结构变化、双光子激发破坏与阈值的研究；进行多灰阶高密度存储原理实验。

光场变换的理论方法和设计，光场变换设计专家系统、二元光子器件用于ICF光场束匀化的器件工艺试制、激光直写二元微米浮雕结构研究。

掺杂聚合物光学特性及发光动力学、聚合物光纤放大器、激光器，光线光栅ASE光源研究。

光通信中激光波长锁定器，窄波长激光器、宽带光源等关键元器件的研究。

光子力学效应在生物工程和材料改性中的应用。强激光冲击波特性及其对靶材强度影响的研究。
　　目标为：建立近场光学和双光子存储理论模型。取得一些具有独立知识产权的专利；进行近场存储和双光子存储原理实验，争取前两年达到单盘存储容量50GB/cm2，五年内达到单盘存储容量100GB/cm2。建立超高密度存储的原理实验系统。

完成适用于光波面整形变换的高指标设计系统，重点研究弱位相耦合近似法，力争2000年之后能有工艺条件的改进，在工艺上试作相干并束元件和光场整形元件。
　　基于光子作为信息载体，探索下世纪光信息类元器件基本物理过程；研制在经济、国防中有重大应用的几种关键元器件。二元光子器件、抗激光涂层、新型光纤器件用于国防、能源、信息重大领域及光子力学对材料和生物作用的技术成果进入市场。建立光子技术与器件的研究基地。

(3)短波光学

研究内容：

X射线和真空紫外光与光学表面的相互作用机理研究，X射线全息显微术及应用研究。

新型短波色散元件的设计、制作工艺及检测方法研究。

超光滑表面加工的新原理和新方法研究。

短波段的新型镀膜材料，高反射率膜系设计的新原理、新方法及膜材料与基底的界面扩散对反射率的影响等研究。

强光作用下导致的光学元件（材料）的非线性不均匀性，温度效应与破坏机理研究。

目标为：发展短波光学科学与技术，研究和开发新型短波光学元件与仪器，建立我国短波光学研究基地。 [2] 

重大奖项

2003年度何梁何利科学与技术进步奖郭光灿

2003年度国家自然科学二等奖 郭光灿 段路明 郑仕标 周正威 张永生

2006年度安徽省自然科学一等奖韩正甫 李传锋 黄运锋 郭国平 郭光灿

2005年度安徽省自然科学二等奖 明海 张其锦 谢建平 王沛 等