3月13日，中国激光杂志社在上海浦东召开 “2017中国光学十大进展”发布会，来自浙江大学、清华大学、中科院上海光机所等机构的20项成果获此殊荣（基础研究类与应用研究类各10项）。我校武汉光电国家研究中心陆培祥、唐江两名教授课题组的成果入选。

获奖代表与颁奖嘉宾合影

　 陆培祥教授团队以基于轨道分辨高次谐波光谱的阿秒尺度分子核动力学探测的成果获得基础研究类2017中国光学十大进展。

当超快强激光（时间：飞秒量级，强度：1014 W/cm2量级）与原子分子相互作用时，由于非微扰高阶非线性效应，会发生高次谐波辐射现象。高次谐波辐射可以用来产生阿秒（10-18s）激光，这为超快探测技术带来了前所未有的时间分辨率。

　　高次谐波辐射的动力学过程可以用“三步”模型解释，即电离、加速、回复。具体来说，当驱动激光电场入射时，会压低原子或分子的库仑势垒，电子能够通过隧道电离方式逃离原子核的束缚，进入连续态；进入连续态的电子在激光电场的作用下加速运动，并获得一定的能量；当激光电场反向时，有一定概率将连续态电子拉回母离子附近并发生复合，电子在激光场中获得的动能则以光子的形式辐射出去，即产生高次谐波辐射。整个过程每半个激光周期（1.33×10-15s）重复一次。电子的运动也可以用费曼路径描述，根据费曼路径的特性，高次谐波的光子频率和辐射时间一一对应，这一特征可以用于阿秒时间分辨的测量。然而对于每个光子频率的高次谐波，半个激光周期内有两条费曼量子路径产生贡献（如下图）。因此，之前的超快探测研究需要选择出一条费曼路径。但这不仅限制了测量的时间范围，也丢失了大量信息。

陆培祥带领的超快光学实验室在实验上发现了分裂的高次谐波辐射光谱，并从理论上揭示分裂的高次谐波光谱是由时间依赖的瞬时相位匹配引起的。基于瞬时相位匹配原理，成功地在空间和频域上分辨出不同的费曼路径（如下图），并建立了不同费曼路径高次谐波的光子频率和时间的一对一映射，从而获得了更完整的信息和时间测量范围。

高次谐波产生的经典模型。（a）不同费曼路径的电离时刻（红色线）和回复时刻（蓝色线）与高次谐波阶次的对应关系；（b）不同电离时刻电离电子的轨迹；（c）轨道分辨的高次谐波光谱

唐江教授团队以基于非铅钙钛矿单晶的X射线探测器的成果获得应用研究类2017中国光学十大进展。

　　X射线探测器广泛应用于安检、医学成像和工业材料检验等领域。传统探测方法是利用闪烁晶体将X光子转化为可见光，再激励光电倍增管产生电信号，其成像分辨率受到光学串扰限制。而直接探测是利用半导体材料将X光子直接转换为电子信号的检测方法，拥有更高的空间分辨率和更低的系统成本。

　　最近的研究表明，有机无机杂化铅卤钙钛矿在X射线直接探测方面具有优异性质，如X射线吸收系数大、载流子扩散距离长和低温溶液制备成本低等，受到人们普遍关注。但铅基钙钛矿的毒性不容忽视，基于铅基钙钛矿的X射线成像系统铅含量达到3336g/m2，远远超过欧盟对于电子产品中铅含量的限制（0.1%），制约了其未来产业化发展。此外，具有低检测限的X射线探测器不仅能够减少医学成像和安检过程中使用的X射线剂量，从而降低辐射导致的患癌几率，同时也能提升成像系统空间分辨率。目前铅基钙钛矿受到离子迁移和表面缺陷的影响，探测器暗电流过大，最低检测限为0.036μGyairs-1，仍待进一步降低。

　　唐江团队创新性地提出了基于铯银铋溴双钙钛矿单晶的X射线直接探测，将铅基钙钛矿（CsPbBr3）中的铅替换为银和铋，从而避免了铅的使用。更重要的是，铯银铋溴单晶探测器具有对X射线的高灵敏度和低检测限，主要体现在该材料具有高于铅基钙钛矿的平均原子序数，从而保证了X射线的高效吸收；同时其间接带隙的跃迁特征保证了该材料长的少子寿命（660 ns）和载流子扩散距离，从而提高了探测器的电荷收集效率。此外，该材料缺陷浓度低且离子迁移不显著，保证了在工作条件下的高电阻率和低噪音特征，从而有效降低探测器的检测限。通过单晶体缺陷的降低和表面缺陷的抑制，最终制备的探测器灵敏度达到105µCGyair-1cm-2，最低检测限为59.7nGyairs-1，高温和辐照稳定性好，综合性能达到甚至部分超过了铅基钙钛矿探测器水平。

图1. (a) Cs2AgBiBr6的XRD图谱和实物照片；(b) Cs2AgBiBr6 X射线探测器的在不同照射剂量和工作电压下的信噪比；(c) 探测器的工作稳定性

该团队还提出了表征钙钛矿离子迁移的新方法，并通过理论计算和实验验证了铯银铋溴具有比铅基杂化钙钛矿更小的离子迁移。该工作为非铅钙钛矿材料光电性能的理解及其应用提供了新思路，其制备的稳定灵敏无毒的X射线探测器也具有优异的技术参数，能够减少医学成像和安检过程中使用的X射线剂量，从而降低辐射导致的患癌几率，同时也能提升成像系统空间分辨率，有希望实现疾病的早期检测，应用前景广阔。