“光”引未来：国家自然科学基金对光学和光电子学领域资助观察

据中国激光杂志社网，于2024年01月30日报道，光学和光电子学技作为新一代信息技术和众多新场景应用的基础与核心，对人工智能、物联网、大数据、云计算、区块链等新兴数字技术的加速创新具有重要的推动作用，在国家总体学科发展布局中占有重要基础性地位。

目前，光学和光电子学学科（申请代码F05）共包含了16个二级学科代码。本文将以F05代码下国家自然科学基金项目的申请与资助为基础数据信息，重点分析“十三五”（2016年-2020年）至“十四五”开局之年（2021年）期间光学和光电子学学科不同定位的科学基金项目申请与资助的总体特征，总结本学科基金资助变化趋势，探讨本学科的未来发展趋势。

助力“青椒”成长、支撑新兴方向

青年科技人才是推动国家科技进步的主力军。国家自然科学基金设立的自由探索类项目（面上项目、青年项目、地区项目）、人才类项目（优青项目、杰青项目）均是助力国家青年科技人才成长、推动新兴科学方向发展的重要保障。

首先，不论是自由探索类项目还是人才类项目，申请数量和资助数量都呈现逐年上涨的趋势，这既反映了光学领域科研人员队伍的愈加壮大，也体现了基金项目给予的更大支持。尤其值得注意的是：如图1（a）所示，近年来青年项目申请量一直保持稳步增长，并于2021年反超了面上项目67项，资助量从2016年的253项增长至2021年的381项（增长率为51%），占自由类总增量的79%；另一方面，如图2所示，优青项目的平均资助率从早期的8.01%大幅度提高至10.55%，而杰青项目的资助率基本稳定在7%左右，两种人才类项目的平均资助率从7.62%提高至9.07%。自由探索类项目资助结构的变化以及人才类项目资助率的显著提高表明了国家对青年科技工作者支持力度的加大，这与“十三五”时期“四位一体”的资助格局中针对人才系列项目提出的完善人才培养体系、保障基础研究人才储备、对不同年龄段优秀人才团队施行全谱系的支持高度契合。

对各个项目下不同学科代码申请及资助数量的分析能够清晰的展现出这一阶段的研究热点和新兴学科发展趋势。申请量最大的研究领域是F0502.光子与光电子器件（14.77%），其次是F0506.激光（11.69%）。除此之外，F0501.光学信息获取、显示与处理和F0503.传输与交换光子器件在自由类项目申请总量中的占比也超过了10%。上述四个研究领域的合计申请量占了总申请量的近一半，反映了其较高的研究热度。

然而，如图3所示，这些学科中平均资助率最高，资助量增长率最大的研究领域是F0515.量子光学（资助率：29.28%，增长量达96.67%）。量子光学作为面向量子信息技术应用的基础研究，近年来受到研究者的广泛关注。“十三五”时期，量子光学从原二级代码“非线性光学与量子光学”中拆分出来成为独立的二级代码，表明了基金委对该研究领域的高度重视。该领域资助量的大幅度增长也反映出优化学科布局对光学和光电子学领域发展的切实作用。除F0515以外，从图4（a）不难发现：F0501.光学信息获取、显示与处理，F0507.光谱信息学，F0508.应用光学，F0509.光学和光电子材料、F0511.生物、医学光学与光子学也均呈现出高于平均值的资助量增长率，反映出这五个研究领域在近几年良好的发展趋势和较高的研究热度。

值得注意的是，从自由类项目申请量和资助量的高校或研究所的分布上看，光学和光电子学学科类人才体现出一定的人才聚集特征。表1统计了2016年至2021年期间三种自由类项目中申请量排名前十的依托单位。无论是对于面上项目还是青年项目，申请量排名前十的依托单位的合计项目数都占总项目数的近1/5；深圳大学在面上、青年两类项目中的申请量均排名第一，其青年项目的申请量达到了排名第三的中国科学院光电技术研究所的近2倍；以电子信息为特色专业的桂林电子科技大学在地区项目申请量和自主量中都遥遥邻先。

表2所展示的项目资助率则更加能够反映高校在光学和光电子学领域的学科及人才梯队建设水平。面上项目资助量最高的华中科技大学的立项数占总量的4.1%，资助率为32.98%，是这一时期面上项目平均资助率（18.89%）的1.7倍；暨南大学、中国人民解放军国防科技大学、北京理工大学和西北工业大学的青年项目的资助率超过40%，反映出这些高校在光学和光电子学基础研究领域具有丰富的青年人才储备。

顺应国家战略，瞄准重大需求

科学研究既需要“仰望星空”，探索更多未知的边间，也需要“脚踏实地”，响应国家发展战略，切实推动国民经济和生产力发展水平。国家自然科学基金设立的引导类项目（重点项目、重大项目、重大研究计划项目）、国家重大科研仪器研制项目则是瞄准世界科学前沿和国家重大需求，引导学者在特定优先领域进行有组织的学术创新。

光学和光电子学学科重点项目在申请结构和资助结构上相似，其中F0502.光子与光电子器件，F0503.传输与交换光子器件以及F0511.生物、医学光学与光子学是重点项目的申请与资助中占比最多的三个研究领域，占重点项目申请总量的49%，资助总量的50%，说明重点项目的研究领域相比于自由类项目更加集中。如图5所示，从各学科类别申请和资助量随时间变化可以看出：F0511.生物、医学光学与光子学的重点项目申请量的显著增长，这反映出面向生命科学应用和交叉的领域成为本学科的研究重点之一；F0501.光学信息获取、显示与处理领域在近年来高速发展，无论是自由类项目的申请量还是重点项目的申请量都显著增长，该方向光电集成领域息息相关。这些研究领域的申请量的演变很好地反映了国家战略规划下的光学和光电子学学科发展趋势。

在国家重大科研仪器研制方面，申请量较大的代码分别是F0507、F0508、F0506、F0503和F0511，占总申请量的60.8%。在资助数量方面，F0503、F0506和F0508获资助数量最多。这几个代码都是激光技术或者光电子器件应用等方向，侧面反映了光电器件和技术在仪器研发中的重要作用。

典型资助案例

在光子与光电子器件及集成方面，面向高速通信系统、数据中心、高性能计算等领域的应用，发展高密度、高带宽、大容量的全光互连技术迫在眉睫。在国家自然科学基金（优青项目61922004）资助下，北京大学研究团队从拓扑光子学视角提出一种在单层硅基板上不依靠反射镜而实现定向辐射的新方法，为实现辐射光场调控开辟了新方向，有望显著降低片上光端口的插入损耗，推动高密度光互连和光子芯片技术的发展。

在传输与交换光子器件方面，面向光纤通信、传感技术在信息处理与感知领域的应用，利用全光纤的二阶非线性效应拓展光纤激光器的工作波段，实现线性电光调制是当前的研究热点。在国家自然科学基金（面上项目61775182、61975166、61775183）资助下，西北工业大学研究团队提出将具有强二阶非线性效应的硒化镓裹覆于微光纤上，利用导波模式倏逝波与硒化镓的相互作用，实现了仅需百微瓦连续激光即可泵浦出的频率上转换过程，为高性能全光纤非线性器件的研制开启了新思路。

在光谱信息学方面，探索激光光谱气体传感技术，以实现在宽光谱范围内快速准确地获取精细光谱信息是当前的研究热点。在国家自然科学基金（青年项目62005267）资助下，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和香港中文大学研究团队合作，提出双光梳光热光谱方法，实现了对0.17μL采样体积的气体的ppm级探测灵敏度和超过1 THz谱宽的光热光谱测量。为大气监测、深空探测、海洋科学、呼吸诊断等不同领域对精密气体探测的需求提供多功能的光谱气体传感技术。

在生物、医学光学与光子学方面，面向生物显微成像领域的应用，通过偏振成像测量荧光团的偶极子方向，揭示靶蛋白的取向是当前该领域的研究热点。在国家自然科学基金（面上项目61475010、海外及港澳学者合作研究基金61729501）资助下，北京大学、清华大学以及澳大利亚悉尼科技大学团队提出了一种偏振结构光显微技术，实现了具有高时空分辨率和独特偶极子方向信息的偏振结构光成像。

在微纳光子学方面，超表面由于损耗低、可制备、易集成等优势而成为电磁波调控研究的新平台。在国家自然科学基金（杰青项目61925504、创新研究群体项目61621001）资助下，同济大学和复旦大学研究团队合作，在1550纳米光波长实现了效率优于99%的光频异常反射，对推动基于光学超表面的微型光谱仪、激光雷达等仪器装备的跨越式发展具有重要意义。

总结与展望

自“十三五”以来，国家自然科学基金基于自由探索和需求导向并举的原则，通过资助光学和光电子学学科的基础研究，合理布局了自由探索类项目、引导类项目和人才类项目，有力地支撑了光学和光电子学学科的发展；科学基金的申请量和资助量取得了显著提升，尤其是青年科学基金和优秀青年科学基金项目的资助量呈现出了大幅增长，支持了一大批具备探索本学科基础科学问题能力的青年科技工作者，保障了本学科的基础研究人才储备。

“十四五”时期，基金委积极布局了一批具有前瞻性、战略性的发展方向，主要包括新型光学技术和光电子器件及集成技术两大类，希望相关科研工作者面向光学和光电子学学科的优先发展领域积极开展更多探索性、创新性的基础研究工作，在制约我国高端精密仪器、下一代信息技术等产业发展的瓶颈上取得更多突破性成果。

作者简介

唐华，国家自然科学基金委员会信息科学部四处副处长兼激光技术与技术光学项目主任，主要从事科学基金管理工作。