复旦大学光子晶体课题组长期聚焦光子晶体等微纳光子材料的光场调控研究和针对微纳材料和器件的先进光学量检测技术的开发和应用，与上海复享光学股份有限公司合作在基础创新、技术突破和产学研转化方面取得了一系列成果。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 当今，光，作为几乎所有远程探测的手段和信息传播的媒介，对光的多维度测量分析和自由调控，既直接关系到未来信息收集、处理和传输的灵敏度和速率，也与先进微纳制造的精度、效率和能耗等诸多国家核心技术的竞争力息息相关。 复旦大学光子晶体课题组长期聚焦光子晶体等微纳光子材料的光场调控研究和针对微纳材料和器件的先进光学量检测技术的开发和应用，与上海复享光学股份有限公司合作在基础创新、技术突破和产学研转化方面取得了一系列成果。 在基础创新方面： ①动量空间光学测量思想：光与微纳结构的相互作用遵循频率-动量色散关系，也被称为光子能带。在原理上，类似于半导体利用其电子能带操控电子，光子晶体等微纳光子材料也可以通过光子能带操控光。而光子能带的本质存在于动量空间。相比于已经商业化的可探测固体材料动量空间中复杂电子能带的多维度角分辨光电子能谱设备，针对光子晶体等光子材料动量空间中光子能带的多维度光谱测量技术和设备在全世界尚属空白，亟需发展。团队突破了传统光谱测量思路，提出了从动量空间视角量检测微纳光子器件光学性能的思想。 ②适合微纳尺寸器件的动量空间成像技术：微纳尺寸的测量依赖显微镜。但显微技术在追求实空间分辨率的同时丧失了动量空间的分辨能力。此成果将傅里叶光学技术与显微技术相融合，解决了动量空间成像的像差和色差问题，实现了实空间和动量空间的双高分辨率。 ③多维度光学信息提取：相位和偏振态是可供光子器件信息调制的新自由度。团队将时域外差干涉技术延拓到具有显微分辨能力的动量空间外插干涉技术，单次成像实现了在光波长尺寸内40毫弧度的相位测量精度。同时，建立了适合于动量空间成像测量技术的耦合模理论，实现了在非相干的白光照明下任意椭圆偏振态的测量。 ④光学量测中国解决方案：处于芯片产业上游的微纳制程光学量测环节，是芯片良品率控制的关键。在此关键领域，我国远远落后于国际先进水平。动量空间成像光谱技术所采集的多维度光谱信息富含微纳结构的三维形貌信息。团队提出并实现了基于动量空间成像光谱技术的全新光学微纳制程量测新原理和新技术。该原理利用深度神经网络构筑了微纳米尺度结构与动量空间色散的构效关系和映射。同时，由于在所测量的色散关系中包含了冗余的结构信息，因此在实际技术应用中极大优化了量测逆问题中测量噪音带来的病态问题。 ⑤相关成果：团队以通讯作者发表1篇Nat.Photon.，1篇Nat.Commun.，3篇PRL，4篇Light：Sci.&Appl.，1篇Sci.Bull.，1篇Light:Advanced Manufacturing等国内外高水平期刊论文。动量空间成像光谱技术使动量空间得以被直接实验观测，并成为发现新光场调控机制的眼睛。团队利用此技术首次实验揭示了动量空间中存在具有拓扑奇点的偏振场，提出了动量空间中光场调控的新思路，开辟了光子晶体在全偏振态、涡旋光束生成和光束位移操控方面的新应用。由于周期性光子晶体无几何中心，因此不需光学对准，具有应用价值，成果被评为2020年度中国光学十大进展，入选ISI高被引论文。日本NTT首席科学家Notomi在Nat.Photon.上以"动量空间中的拓扑成真"为题对团队工作进行专题报道，给予高度评价。 在技术突破方面： ①在国际上首次实现了广谱符合阿贝正弦关系的动量空间成像光谱设备。其中动量分辨率小于1.7毫弧度，实空间分辨率小于600纳米，相位分辨率小于40毫弧度，最大偏振度误差小于1%，波长分辨率小于0.1纳米。 ②结合产业需求和动量空间成像光谱技术的优势，提供了一系列产业问题的分析解决方案，包括利用动量空间偏振依赖的辐射分布量测发光分子三维取向分布和利用动量空间光子色散关系逆向量测微纳结构纳米精度的三维形貌等。实测结果达到亚纳米分辨稳定性和98%以上的置信度，测量膜厚与计量认证厚度差异小于5埃。 ③相关成果授权发明专利9项，在申请PCT国际专利2项。

在各种工业过程中，液滴撞击到固体表面形成液膜的现象广泛存在，如选择性催化还原（SCR）系统中汽车尾气排放管上尿素溶液液膜的形成等。对液膜进行定量分析不仅能更好的了解液膜形成和蒸发这个极其复杂的物理过程的本质，也对优化所涉及的各种工业过程具有非常重要的意义。在许多情况下，溶液液膜厚度以及液膜内部的成分浓度是密切相关的，对其机理等的研究中这些参数相互耦合，给模型建立和求解带来困难。传统的测量方法只能实现对单个参数(厚度或浓度)的测量，无法同时测量。本项目基于比尔-朗伯定律建立溶液液膜多参数反演模型。基于不同浓度的溶液在红外区域高精度的吸收光谱，通过对溶液吸收系数与浓度的关系进行优化分析组合两个波数位置，实现对溶液厚度及浓度高精度、高灵敏度的测量。

本发明公开了一种可见光宽带光谱图像配准方法，包括对图像进行灰度化、去噪和降采样处理，利 用 SIFT 算法提取图像特征点并构造特征描述算子;通过 k-d 树最近邻方法对特征点进行匹配，对匹配 特征点进行坐标升采样处理;根据图像退化阈值 T，利用欧式距离对错误匹配点进行约束，获得约束后 匹配点集 ΩN;对约束后匹配点集进行 m 对匹配点空间均匀采样，获得均匀分布的匹配点集 Ωm;利用最 小二乘方法求解图像放射变换参数矩阵 Tm，利用 Tm 对待配准图像进行坐标变换和双线性插值计算;以 参考图像和配准图像的互信息 MIm 作为评价指标，锁定最大互信息 MImax 对应的配准图像，实现可见光 宽带光谱图像的配准。本发明能显著降低错误匹配点数目、提高图像配准精度。

西安交通大学能源与动力工程学院微区X射线荧光光谱仪竞争性磋商

项目成果/简介: 潜标可实现全海深海洋环境的定点、长期、连续、多层次、多要素同步观测，并具有隐蔽性好、不易被破坏等优点，是开展海洋环境长期连续观测最有效的手段。 自主研发系列海洋动力环境监测潜标：2008年以来，团队突破了深海潜标系列关键技术，自主研发了“海洋动力环境多尺度同步观测潜标”、“定时卫星通讯潜标”等系列高可靠性深海潜标，实现了海洋动力环境长期连续准实时观测。相关研发成果已获4项国际发明专利及8项国家发明专利授权。基于研发的潜标，在南海、西太平洋、东印度洋累计布放潜标400余套次，总结出一套安全高效的规范化、标准化的潜标布放回收作业流程，作业成功率达到100%，解决了我国海洋环境长期连续观测技术瓶颈，大幅提升了我国海洋环境长期连续观测水平。 构建了国际上规模最大的区域海洋潜标观测网—南海潜标观测网：自2009年以来，在南海开展潜标布放回收航次22次，累计布放各类潜标350套次，目前同时在位观测潜标42套，观测海域横跨吕宋海峡、南海深海盆、南海东北部与西北部陆坡陆架区，最长工作时间已接10年，是世界上规模最大的区域潜标观测网。南海潜标观测网于2017年完成潜标观测站位在南海深海盆的全面覆盖，实现了南海复杂环境的长期连续观测。上述成果入选2017年度“海洋与湖沼十大科技进展”。 构建了横跨西太平洋热带-副热带的全水深潜标观测阵：2015年以来，在西太平洋热带、副热带海域布放海洋动力环境监测潜标60余套次，构建了横跨热带、副热带（0-22°N）的西太平洋潜标观测阵，实现了西太平洋低纬度流系时空特征、中尺度/亚中尺度过程及混合的长期连续观测，有力支撑了西太平洋海洋动力环境研究工作的开展。 成功布放回收国际上首套万米综合观测潜标：基于自主研发的海洋动力环境监测潜标，2016年1月在马里亚纳海沟挑战者深渊成功布放国际上首套万米多学科综合观测潜标，并于2016年9月成功回收。目前以在马里亚纳海沟深渊海域构建了由6套潜标构成的海沟观测阵，实现了深远海域海洋动力环境的长期连续监测，体现了我国深远海长期连续调查的技术水平。项目阶段:工业化生产阶段效益分析: 该系统主要用于海洋动力环境的长期连续监测，是海洋环境监测最基本的设备和手段，可为海洋动力过程科学研究、海洋数值预报模式同化验证、海洋环境安全保障、海洋生态环境监测等提供数据和平台支撑，具有重要的科学、社会和军事意义。随着当前海洋科学研究、海洋资源开发、海上经济贸易、海上军事活动等方面的迅速发展，对海洋动力环境的观测和认知的需求日益迫切，海洋动力环境监测潜标的需求量迅速增加，具有突出的经济效益前景。知识产权类型:发明专利 、 软件著作权知识产权编号:US 9,372,082 B1 US 9,423,251 B2 US 9,593,947 B2 US 9,557,171 B2 201410252441.0 201410252601.1 201410821320.3 201510243938.0 201510244120.0 201510244469.4 201510244144.6 201410820855.9技术成熟度:通过中试技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

该成果探讨了煤的结构参数与煤光催化氧化反应性、光-生物耦合降解的关系及控制方法，并基于煤特殊的物理化学结构，以及光敏化和光氧化降解特性，采用聚合物共混原理成功开发了一项多功能降解薄膜母料制备及功能材料制备技术。首次将煤作为光降解控制试剂应用于新型光降解薄膜制备，该成果对用光催化氧化、光-生物耦合方法进行煤温和定向转化有着重要科学和实际意义。获陕西省科学技术进步二等奖1项，中国煤炭工业协会科学技术进步二等奖1项，获国家发明专利3项。 在渭北及新疆等地进行了薄膜农业田间试用，本项目薄膜对农作物如玉米、棉花等生长有良好的促进作用，降解性能满足实际要求，降解后对土壤无不良影响，并具有保氮和降草等功能，降解薄膜土壤背景分析通过了农业部食品质量监督检验测试中心（石河子）质量检测。

近日，能源领域期刊Energy & Environmental Science（IF=33.250）发表了有关超高效太阳能海水淡化研究成果Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still，该论文由上海交大制冷与低温工程研究所ITEWA创新团队的徐震原副教授和王如竹教授与麻省理工学院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大学为第一完成单位。全被动式的太阳能海水淡化是解决海水淡化技术适应性的完美方案，且适用于缺乏基建和偏远地区，然而其效率一直偏低（约35%）。近年来，太阳能界面蒸发为高效便携式海水淡化提供了新的思路，成为了能源科学、材料科学和热科学的交叉领域研究热点，但在其效率仍然十分有限（约100%）。本研究提出的“界面局部加热型多级太阳能蒸馏架构”结合了太阳能界面局部加热和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，显著提升了被动式太阳能海水淡化的效率。 在该论文中研究团队指出系统性的能量传递优化，而非高性能材料，是达到超高效太阳能海水淡化的关键。通过采用商用和低成本材料搭建的实验装置，研究团队在一个太阳辐照条件下创纪录地实现了385%的效率和5.78 L m-2 h-1的海水淡化产水率。除此之外，该装置可以通过毛细作用进行被动补水，同时通过盐分在夜间的反向扩散实现被动排盐，保证长效稳定的被动式工作。该研究所达到效率比2018年12月发表于Nature Sustainability和2019年7月发表于Nature Communications的被动式太阳能海水淡化效率记录分别高出约2.8倍和2倍，成为该领域的效率新记录。该工作为解决偏远或离网地区淡水短缺问题提供了实际解决方案，也为界面太阳能蒸发走向实用化和高效化提供了全新思路和理论框架。 该研究工作获得了国家自然科学基金面上项目（51976123）和创新研究群体项目（51521004）的资助。王如竹教授领衔的ITEWA创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展，近两年来已经在Joule上发表论文3篇，在Advanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上发表论文各1篇。论文链接：Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar stillMIT News：Simple, solar-powered water desalination

潜标可实现全海深海洋环境的定点、长期、连续、多层次、多要素同步观测，并具有隐蔽性好、不易被破坏等优点，是开展海洋环境长期连续观测最有效的手段。 自主研发系列海洋动力环境监测潜标：2008年以来，团队突破了深海潜标系列关键技术，自主研发了“海洋动力环境多尺度同步观测潜标”、“定时卫星通讯潜标”等系列高可靠性深海潜标，实现了海洋动力环境长期连续准实时观测。相关研发成果已获4项国际发明专利及8项国家发明专利授权。基于研发的潜标，在南海、西太平洋、东印度洋累计布放潜标400余套次，总结出一套安全高效的规范化、标准化的潜标布放回收作业流程，作业成功率达到100%，解决了我国海洋环境长期连续观测技术瓶颈，大幅提升了我国海洋环境长期连续观测水平。 构建了国际上规模最大的区域海洋潜标观测网—南海潜标观测网：自2009年以来，在南海开展潜标布放回收航次22次，累计布放各类潜标350套次，目前同时在位观测潜标42套，观测海域横跨吕宋海峡、南海深海盆、南海东北部与西北部陆坡陆架区，最长工作时间已接10年，是世界上规模最大的区域潜标观测网。南海潜标观测网于2017年完成潜标观测站位在南海深海盆的全面覆盖，实现了南海复杂环境的长期连续观测。上述成果入选2017年度“海洋与湖沼十大科技进展”。 构建了横跨西太平洋热带-副热带的全水深潜标观测阵：2015年以来，在西太平洋热带、副热带海域布放海洋动力环境监测潜标60余套次，构建了横跨热带、副热带（0-22°N）的西太平洋潜标观测阵，实现了西太平洋低纬度流系时空特征、中尺度/亚中尺度过程及混合的长期连续观测，有力支撑了西太平洋海洋动力环境研究工作的开展。 成功布放回收国际上首套万米综合观测潜标：基于自主研发的海洋动力环境监测潜标，2016年1月在马里亚纳海沟挑战者深渊成功布放国际上首套万米多学科综合观测潜标，并于2016年9月成功回收。目前以在马里亚纳海沟深渊海域构建了由6套潜标构成的海沟观测阵，实现了深远海域海洋动力环境的长期连续监测，体现了我国深远海长期连续调查的技术水平。

本发明公开了一种正压引射式全预混燃烧供热装置，包括送风系统、燃料系统、燃烧室、换热系统和排烟系统，送风系统包括风机及与其送风口相连的空气分配管，燃料系统包括燃气管及与其相连的燃气分配管，燃气分配管的端部均匀布置有一组燃气喷嘴，燃气喷嘴的外周设有与空气分配管贯通的环形进气口，与燃气喷嘴对正的位置处设有引射式混合器，其顶部自下而上设有分配孔板和火孔板；燃烧室设在引射式混合器的上方，其侧壁与火孔板的外轮廓之间设有环形孔隙。本发明结构紧凑，便于对整个系统采取安全控制，供热装置运行时燃气和空气混合完全，燃烧产物中一氧化碳和氮氧化物的排放量较低，使燃气和空气全预混燃烧，实现了燃气燃烧过程的低污染物排放。

西北工业大学物理科学与技术学院赵建林教授研究团队在全光纤光波长转换方面取得重要进展。提出了一种二维材料辅助的全光纤波长转换方案，利用该方案制备的波长转换器，仅需百微瓦量级光功率（远小于一支普通激光笔的输出光功率）即可将近红外光稳定地转换为可见光。该技术在全光纤中实现光波长的高效转换，兼容现有成熟的光纤通信和传感系统，也为其他高性能全光纤非线性器件的实现开辟了新的途径。利用全光纤的二阶非线性效应不仅可以拓展光纤激光器的工作波段，还有望实现全光纤的线性电光调制器、缠绕光子对等，可极大拓展业已成熟的光纤通信、传感技术在信息处理与感知领域的应用范围。然而，石英光纤的中心反演对称性阻碍了其二阶非线性效应的产生和利用。目前，基于二阶非线性效应实现光波长转换，需要对光纤进行特殊掺杂、极化等复杂工艺处理，以及高功率脉冲激光泵浦等苛刻条件，因此如何降低光纤中波长转换的实现条件，成为困扰科学家们的一个难题。针对此问题，研究团队创新性地提出一种层状二维材料硒化镓辅助的全光纤波长转换器，利用微光纤导波模式的强烈倏逝波与硒化镓的相互作用，利用百微瓦级连续光即可实现倍频、和频等非线性参量转换过程，进而将近红外光稳定地转换为可见光。相关研究成果以“High-efficiency second-order nonlinear processes in an optical microfibre assisted by few-layer GaSe”为题，已在国际光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》发表。论文第一作者为团队姜碧强副教授，通讯作者为甘雪涛教授和赵建林教授，西北工业大学为唯一作者单位。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-020-0304-1