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超构光学透镜
以混合自适应人工智能优化程序设计出亚波长单晶硅超构表面结构，实现了相位的精确控制并减小了单晶硅结构在可见光的吸收。进一步使用该结构演示了浸镜油浸没下数值孔径为1.48的高透过率超构光学透镜。
中山大学
2021-04-13
非线性光学超构表面
光学超构材料（Metamaterials）的快速发展为人类提供了在亚波长尺度下调控光的传播的丰富手段。很多新奇的光物理现象，例如负折射、超分辨透镜和隐身斗篷等都可以通过设计功能基元的有效介电常数来实现。在光波段，三维纳米加工的困难和金属结构的光损耗不利于超构材料的广泛应用。自二维超构表面（Metasurface）概念提出以来，超构表面在降低三维超构材料加工难度、提高光学效率方面，特别是控制光的功能基元的几何位相等方面取得了众多突破性进展。近来，超构表面在高效率全息成像、超薄光学波片、高数值孔径的平面透镜等领域已经表现出极高的应用潜力。超构表面的研究进展极大丰富了利用超构功能基元实现对电磁场 (可见光、近红外光，太赫兹、微波等波段) 进行调控的手段，为设计新型光学元件提供了新技术。 当前，超构表面的研究主要集中在线性光学的范畴。但毫无疑问，非线性光学响应例如倍频、三倍频、光致折射率变化等过程，将为光学超构表面的功能基元赋予新的可调控自由度。此综述文章从非线性光学超构表面的材料选择、对称性，非线性手性光学超构表面，非线性光学相位调控，非线性光光束调控，光开关与调制五个方面详细介绍了非线性光学超构表面的最新进展。文章最后对非线性光学超构表面在太赫兹非线性光学、量子信息处理等领域的潜在应用的前景作了展望。
南方科技大学
2021-04-13
非线性光学超构表面
非线性光学效应在频率转换、全光开关、电光开关等领域有着重要应用，传统非线性光学晶体在激光频率转换领域已取得巨大成功。然而，随着光学计算、量子光学芯片等领域的不断发展，如何将非线性光学功能集成于微小尺寸的芯片上是光电集成领域的重要科学技术问题。近年来，光学超构表面的出现为设计与实现特定光场调控功能的新型非线性微纳光学元件提供了很好的契机。
南方科技大学
2021-04-14
非线性光学准晶超构表面
提出并制备了非线性光学准晶超构表面，并研究了超构单元局域对称性和排布方式的全局对称性对超构表面远场非线性光辐射的共同影响。该非线性光学准晶超构表面运用了基于非线性光学贝里几何相位的金属等离激元结构单元，依据经典的彭罗斯准周期拼接和具有六重对称性的六角准周期拼接形成了不同种类的准晶结构。彭罗斯结构的准周期拼接具有五重对称性，其衍射图案则具有十重对称性，这些都是晶体衍射定理所不允许的对称性。而六角准周期拼接是2017年提出的一种准周期拼接，它具有晶体衍射定理所允许的六重对称性，却并不遵从短程有序的规律。这两种拼接方式可以与某些特定的比例联系起来，这些比例由不同阶次的迭代规则决定：彭罗斯结构对应一阶迭代过程，其比例是人们熟知的“黄金分割比”，而六角准周期晶格对应三阶过程，其比例可称为“黄铜分割比”。自六角准周期晶格从理论上提出以来，本项工作中的非线性光学准晶超构表面是首个利用黄铜分割比实验实现的人工光学结构。 非线性光学准晶超构表面中不同转向的超构单元对入射基频光的响应是均匀的，因此其线性光学衍射仅能反映超构表面的全局对称性，即晶格结构决定其远场光衍射。而在倍频实验中，即出射光的频率是入射光的两倍（如1200nm 变为600nm）。由于打破了超构单元的中心反演对称性并引入了非线性光学几何相位，其非线性光学衍射与晶格结构的局域对称性、全局对称性同时相关。因此，可以通过调控超构单元的指向分布，进而有效地调控倍频光衍射中的零级。非线性光学准晶超构表面这一概念或将为设计超构表面非线性光源、人工微纳光学结构材料提供新的思路。
南方科技大学
2021-04-13
超构表面图像显示
设计两个硅纳米棒作为超构表面的基本相干像素结构单元，从而实现光场透射的有效调控。通过独立控制两个纳米棒的转角，可以实现单层结构对振幅和相位的独立调控，从而能够在单层纳米结构上实现任意全息与平面图像的集成。更进一步，针对于彩色平面图像，可以通过硅纳米棒的尺寸（即单根纳米棒的长和宽）以及纳米棒之间的转角差的控制，实现对颜色HSB三参数的按需调控，从而将超构表面结构色的调控能力从二维的色度-饱和度平面，真正拓展到三维的色度-饱和度-强度空间 以上研究成果将丰富和拓展超构表面在图像器件方面的应用，比如实现有阴影信息的彩色图像打印，开发新型全彩平面与彩色全息图像的集成显示技术，研制基于平面和全息图像集成的纳米隐写信息安全技术等。同时，该工作中体现的相干像素设计理念也将对复杂光场调控问题提供新的解决思路和方案
中山大学
2021-04-13
无源制冷光学超材料织物技术
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
能源消耗和气候变化是人类面临的两大问题。传统热管理系统所带来的高能耗挑战，以及由此导致的温室气体的过度排放，不断加剧全球变暖和极端天气，对世界经济造成重大影响。同时，人们在生产和作业时不可避免地需要暴露在高温暴晒的室外环境，因此，实现零能耗的户外防护成为人们迫切的需求，具有重要的科研价值和战略意义。作为一种面向人体个性化需求、实现人体局部环境加热或冷却的技术，“个人热管理”可以避免将多余的电力浪费在加热或冷却整个建筑物上，具有更高的能源效率，逐渐成为绿色环保、高科技、个性化的方案。通过衣物进行热管理是维持人体个性化热舒适需求的有效方法，有望高效率、低能耗地避免热应激对人体造成的伤害。
华中科技大学
2022-07-26
智能无线超构表面磁共振成像线圈
1.痛点问题
磁共振成像领域存在以下痛点问题：
1）图像信噪比低；
2）检查效率低；
3）高端定制困难；
4）国外技术垄断。
2.解决方案
为解决上述痛点问题，拟发展基于超构表面的磁共振成像线圈，预期产品是智能无线磁共振成像线圈，实现低场下的高分辨率成像。
清华大学
2022-07-04
超疏水超亲油性的吸附材料
研究成果于2011年发表在Energy & Environmental Science。2010年ISI公布该期刊影响因子为8.5，在主题分类《环境科学类》中排名第一，目前，国内累计发表在该期刊的论文不超过20篇。本研究成果获得了该期刊专家的高度评价，在疏水性吸附材料的研究领域中处于前沿地位。（1）将少量HCMP-1掺杂到海绵中，改性后的海绵表现出超强疏水性、吸附能力比HCMP-1还要高。（2）原地再生工艺简单，HCMP-1/海绵只吸附有机物不吸附水，再生过程中通过简单的挤压，就可将有机物排出。 由于海绵价格非常低廉，使得HCMP-1/海绵在大规模水处理、液-液分离等方面具有很强的市场和实用性。此外，HCMP-1/海绵循环使用20次后吸附能力不变，与传统的吸附材料相比，实际工业应用中的运行费用将会显著降低。
西安交通大学
2021-04-11
基于光学超颖表面的多维信息显示技术
本成果将全息技术与超颖表面的三维调制、偏振复用、波长调制、主动相变材料、非线性调制、集成液晶调制显示、算法优化等结合，研究并设计了多种基于超颖表面的多维信息显示技术，为提高信息显示的存储密度、多彩多自由度显示等提供了更高性价比的选择方案，具有极高的应用前景和推广市场。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、技术分析
超颖表面作为一种全新的信息载体在近几年得到迅猛发展，其能够灵活地调控光波前，超薄紧凑的特性能够极大地解决传统设备笨重，灵活性差，应用场地受限的问题。并且，其适合在多维度信息显示等领域应用和推广。项目组在超颖表面的多维信息显示领域做出了许多有意义的贡献。将全息技术与超颖表面的三维调制、偏振复用、波长调制、主动相变材料、非线性调制、集成液晶调制显示、算法优化等结合，研究并设计了多种基于超颖表面的多维信息显示技术，为提高信息显示的存储密度、多彩多自由度显示等提供了更高性价比的选择方案，具有极高的应用前景和推广市场。
基于超颖表面的多维信息显示技术的体积小，构造灵活多样，结构特征明显，能够复用多种光学特性，为信息显示，特别是全息显示领域到了创新性变革。因其能够彻底摆脱传统光学的限制，提高信息容量和显示多样性。该技术可在微纳量级达到成像和显示的极佳效果，有望在数据存储，超分辨率显示，光学加密，增强现实，智能设备等领域发挥能以想象的优势。
北京理工大学
2022-08-17
光学超晶格铌酸锂有源光量子芯片
国际上第一个铌酸锂有源光量子芯片
一、项目分类
重大科学前沿创新、关键核心技术突破
二、成果简介
南京大学物理学院祝世宁院士的科研团队，研制出国际上第一个铌酸锂有源光量子芯片。该芯片集成了微型化光学超晶格纠缠光源、波导量子干涉器、波分复用器及电光调制器等不同功能器件,实现了纠缠光子的高效产生、高速电光调制并完成相应的信息处理功能。该芯片由光纤耦合输入输出,能在室温稳定工作，工作电压低于3.55V，调控速率可达40GHz。芯片的多项核心指标如纠缠光子产率、调谐速率、调谐带宽等创下当时国际最高水平，为光量子集成光学和信息处理开辟了一条和硅基芯片不同的技术路线。
成果以编辑推荐形式发表在物理学顶级期刊《物理评论快讯》(Phys. Rev. Lett. ,2014)上，被国际Physics、IEEE Spectrum等科技媒体重点评述。成果也成功入选中国光学十大进展(2014)，以此为主要成果之一的“光学超晶格中纠缠光子的产生、调控和应用”获2020年高等学校自然科学奖一等奖。以此成果为基础，团队成功获批和完成基金委重大科研仪器研制项目，研制出多种高性能量子光源。
南京大学
2022-08-12