本发明公开了一种可调控的空间电磁感应透明超材料器件。该 器件包括基板和位于基板上的能产生电磁感应透明现象的金属单元阵 列；所述金属单元阵列包括多个阵列分布的金属单元，所述金属单元 包括第一金属微结构和第二金属微结构，所述第一金属微结构包括第 一金属图形，所述第二金属微结构包括第二金属图形，所述第一金属 微结构和/或所述第二金属微结构还包括半导体元件。本发明能有效解 决现有技术中不能简单快速地对电磁感应透明超材料的工作

该成果创新性地基于二维半导体的硅基同质器件，首次提出了类脑功能的“传感-计算-存储一体化”神经形态芯片架构，实现了光电传感、放大运算、信息存储功能的一体化集成，为突破冯·诺依曼瓶颈和实现类脑智能提供了一种全新思路。 缪向水教授团队，长期从事相变存储器芯片、存算一体忆阻器芯片技术研究。2018年出版了国内第一本忆阻器专著《忆阻器导论》，2019年团队93项三维相变存储器芯片专利许可给芯片公司并合作开发产品，并与行业龙头企业合作建立了联合实验室，推动存储器芯片技术的成果转化以及未来引领技术的探索。曾荣获国家科技进步奖2项、湖北省技术发明一等奖1项。 同质晶体管-存储器架构的原理及器件结构 缪向水团队长期从事相变存储器芯片、存算一体忆阻器芯片技术研究。2018年出版了国内第一本忆阻器专著《忆阻器导论》，2019年团队93项三维相变存储器芯片专利许可给芯片公司并合作开发产品，并与行业龙头企业合作建立了联合实验室，推动存储器芯片技术的成果转化以及未来引领技术的探索。曾荣获国家科技进步奖2项、湖北省技术发明一等奖1项。

一、主要功能和应用领域 1、主要功能 相位OTDR作为一种新型的分布式光纤振动传感器，能够在长距离范围内对微小振动信号进行分布式、多点、实时检测，因此在周界安防和工程结构安全检测领域具有其他类型的振动传感器所不能比拟的优势。 2、应用领域 其主要可用于监测和保护国境、军事基地、发电厂、核设施及监狱等的分布式光纤传感防入侵系统，以及用于大坝、桥梁、输油/气管道的分布式光纤传感工程结构安全检测系统已经成为目前研究的重点。 二、特色及先进性 1、在系统光路上利用外差检测技术，可以有效提高系统信噪比，进而提高系统的检测灵敏度和动态范围； 2、在信号处理上运用二维矩阵的傅里叶变化的振动信号提取技术，可以快速高效的同时提取出振动信号的位置和频率信息。 3、在系统的运行方面，综合系统性能参数考虑，实现对振动的高灵敏检测、高响应频率及高空间分辨率定位。 三、技术指标 系统的技术指标主要有如下几个方面：动态范围（即最大的检测范围）、空间分辨率、信噪比、频率响应范围以及误报率。 四、能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果 现阶段我国正处于经济建设的高速发展时期，随着各大城市的现代化建设，各类大型公共设施的建设往往处于复杂的周边环境中，在其建设过程中不可避免地面临一系列人为或自然的威胁。因此，一种远距离、高空间分辨率、高信噪比的多点、实时分布式光纤振动传感器，对保障工程的运行和建设安全具有重大的现实意义。 此外，大到各种敏感地点诸如监狱、军事基地以及飞机场等的防入侵安防系统，小到小区、别墅的防盗系统，都需要一种能大面积覆盖入侵探测传感器，而相位OTDR分布式光纤振动传感器可以满足这种功能。

其主要可用于监测和保护国境、军事基地、发电厂、核设施及监狱等的分布式光纤传感防入侵系统，以及用于大坝、桥梁、输油/气管道的分布式光纤传感工程结构安全检测系统已经成为目前研究的重点。

一种基于混沌激光相干法的分布式光纤传感装置及其测量方法,是将混沌激光器发出的混沌激光分为探测光和参考光两路,探测光经过光放大器放大后由光环行器入射到传感光纤中,并在光纤中产生后向布里渊散射光信号,该布里渊散射光信号经光放大器放大后通过一个可调谐光滤波器滤除噪声后入射到光耦合器中;参考光通过可变光延迟线调节其光程距离,使其与探测光信号在传感光纤中不同位置处产生的后向布里渊散射光信号在光纤耦合器中发生干涉,由光电探测器探测获得干涉拍频信号,经过数据采集装置和信号处理装置后得到不同长度处的布里渊增益谱,并输出到显示装置,实现应变或温度传感检测.

本发明公开了一种用于光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器 件，包括第一采集模块，用于引导和收集一阶线偏振模式中第一模斑， 第二采集模块，用于引导和收集一阶线偏振模式中第二模斑，耦合模 块，设有第一传输通道、第二传输通道和主通道，第一传输通道接收 第一模斑，第二传输通道接收第二模斑，并通过模场的空间叠加实现 从耦合模块的主传输通道输出一阶横电模。本发明实现了将光纤中一 阶线偏振模式转化为芯片中的一阶横电模同时也保证了基模

一种基于布拉格光纤光栅传感器的测量局部位移方法，包括弹 性体结构和尺寸选择、FBG 传感器安装固定和计算被测对象的局部位 移步骤。其主要原理是，当被测对象受到压缩时，其变形会引起弹性 体的变形，进而引起光纤光栅的变形，根据本发明中的公式可知，光 栅的变形与被测对象的局部位移有唯一的对应公式，因此可以得到被 测对象的变形，实现被测对象局部位移的精密测量。

本发明公开了一种声压测量传感器及多纵模光纤激光器声压测 量系统。声压测量传感器包括金属圆桶、薄膜和光纤；金属圆桶的侧 壁中部有开孔，内壁设有吸音棉；薄膜位于金属圆桶的上端开口处， 形成密封结构；光纤两端固定，呈紧绷状态，中部粘贴在薄膜的表面。 多纵模光纤激光器声压测量系统包括 980nm 泵浦光源、多纵模激光谐 振腔、光纤隔离器、光电转换模块和频谱分析仪；多纵模激光谐振腔 包括声压测量传感器、波分复用器、掺铒光纤、可

现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示： 器件的基本结构由波导和功能层（由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料（硫系化合物）层）所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能，即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层，然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触，通过较小的接触面积使接触处的热量集中，从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能，同时在近 C 波段具有较低的光损耗，可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金（如 GSST）作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数，且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差，可在更恶劣的高温环境下进行操作，适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括： ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性，通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能：  存储功能的实现：拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’，实现数据存储（编程）功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲，所产生电流流经加热层时，生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处，使得接触处的相变材料发生相变，实现存储功能。在完成上述编程操作后，从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异，因此当输入光经过波导后，其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变，进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比（即透过率），可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现：通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度，使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值，实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积，因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相，把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’；同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比，把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’；通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片，实现图像、语音和文本识别功能：  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础，也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性，拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触，左右两端电极分别代表突触前和突触后，分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控，进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性（Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用，脉冲强度发生变化，对应于乘法器。进而借助于微环结构，将不同波长的脉冲导入进同一波导中，该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时，读取光与微环发生共振，在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后，读取信号不再和微环发生共振，而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发，实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构，验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习，权重的数值通过外部管理器设置；对于非监督式机器学习，不再需要外部管理器来设置权重值，而是通过输出光脉冲进行反馈控制，调整权重值。在单个神经元结构的基础上，更复杂的光学脉冲神经网络结构，证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元，即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中，分发器将光脉冲分发给多个神经元，神经突触结构则产生光脉冲信号，输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析：①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输，具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比，以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触，填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析：①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性，且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性，且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点，具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析：根据已取得成果正在撰写专利，以获得该关键技术的独有权。 

项目成果/简介:作为一种新的太阳能电池电池技术，有机太阳能电池具有低成本、柔性、半透明、可大面积溶液印刷等优点；在应用方面，可与当前基于硅等的无机太阳能电池形成优势互补。特别指出的是，与钙钛矿太阳能电池相比，有机太阳能电池还具有环境友好的优点，在使用过程中以及使用后处理方面不会产生重金属污染，其所使用的少量有机材料都是可降解的有机染料类化合物。效率、成本和稳定性是所以太阳能电池能否应用的关键要素。有机太阳能的效率目前和其它最好的太阳能电池之间的差距正在迅速缩小，目前我们实验室已经获得超过 1515%的效率，是有机太阳能电池领域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大优势，有机材料分子结构多样性，成本低廉；寿命方面，因成本低廉，产业界对有机太阳能电池寿命的要求不如无机太阳能电池，10 年左右的寿命可以完全满足商业化应用，已有研究表明，OPV 寿命达到 5-7 年没有问题，随着研究深入，提高的 10 年以上会很快实现。 本项目围绕有机太阳能电池的关键材料开展系统研究，1）提出了新的材料设计理念，发展了系列具有独立自主知识产权的活性层材料；2）发展了成熟的高效率有机太阳能电池制备工艺技术，制备了系列高效率有机太阳能电池光伏器件，不断刷新领域内最高太阳能电池光电转化效率；3）制备了低成本、可溶液印刷柔性的透明电极，应用于有机太阳能电池，获得了与目前常规透明电极，如 ITO，完全相当性能。应用范围:目前有机太阳能电池正处在从实验室走向实际应用的黎明阶段，因其优点和特点，在可穿戴设备、建筑一体化等领域将会产生巨大的需求市场。当前国内外多家实验室已开展完全面向实际应用的研究开发，随着研究的不断深入，有机太阳能电池的商品化生产应用将会很快实现。效益分析:1. 具有完全自主知识产权的高效有机太阳能电池活性层材料，且合成简单，成本低； 2. 具有成熟的高效有机太阳能电池制备工艺； 3. 具有自主知识产权的低成本、高性能柔性透明电极，不仅完全适用有机太阳能电池，亦可广泛应用了其它相关领域。