本发明公开了一种基于硅基液晶的波长分辨监测方法。基于硅 基液晶在同样的偏置电压下，对不同波长入射光有不同的相位调制的 特性，对在硅基液晶波长工作范围内的光信号实现分析与监测，并能 在入射光波长未知的条件下，对该波长进行测量，并能随着相位调制 精度的提高，提高波长的分辨精度。本发明元件少，系统结构简单紧 凑，对光路的准直要求不高，无需苛刻光路的耦合与复杂操作就能进 行波长的分辨，并且有着与入射光偏振态无关的特性，在分辨

一种基于硅基液晶的波长选择开关，属于光交换器件，解决现 有基于硅基液晶的波长选择开关输出端口数量受到限制的问题。本发 明由设置在光路上的输入单模光纤、偏振转换组件、反射镜、傅里叶 透镜、衍射光栅、硅基液晶相位空间光调制器、自聚焦准直透镜阵列 和输出二维单模光纤阵列构成。本发明对需要交换的光束利用硅基液 晶相位空间光调制器实现二维偏转，使波长选择开关输出光纤阵列的 光束由一维向二维转化，能够大幅度增加波长选择开关输出端

一种基于硅基液晶的波长选择开关，属于光交换器件，解决现 有基于硅基液晶的波长选择开关输出端口数量受到限制的问题。本发 明由设置在光路上的输入单模光纤、偏振转换组件、反射镜、傅里叶 透镜、衍射光栅、硅基液晶相位空间光调制器、自聚焦准直透镜阵列 和输出二维单模光纤阵列构成。本发明对需要交换的光束利用硅基液 晶相位空间光调制器实现二维偏转，使波长选择开关输出光纤阵列的 光束由一维向二维转化，能够大幅度增加波长选择开关输出端

大功率射频LDMOS器件以其线性度好、增益高、输出功率大、热稳定性好、效率高、宽带匹配性能好、价格低廉等方面的优势已经成为基站、广播电视发射机、航空电子、雷达等领域等应用最广泛的射频功率器件。 本团队利用优化的法拉第屏蔽罩结构和版图布局技术，基于国内8英吋工艺技术平台，研制出大功率L 和S 波段RF LDMOS 器件（图1），能够提供完整的RF LDMOS器件的设计与研制方案。目前已制作出频率0.5GHz，输出功率>500W，功率增益>18dB、漏极效率>50%的单芯片RF LDMOS 器件；频率1.2GHz，输出功率>600W，功率增益>20dB、漏极效率>40%的L波段RF LDMOS 器件；频率3.1GHz，输出功率>80W，功率增益>10dB、漏极效率>35%的单芯片S波段RF LDMOS 器件（图2）。 (a) (b) 图1 RF LDMOS器件：(a)晶圆显微照片 (b)封装器件 a b c 图2 RF LDMOS器件功率测试曲线：(a)P波段 (b) L波段 (c) S波段

本团队利用优化的法拉第屏蔽罩结构和版图布局技术，基于国内8英吋工艺技术平台，研制出大功率L 和S 波段RF LDMOS 器件，能够提供完整的RF LDMOS器件的设计与研制方案。

太阳能作为一种洁净和相对易于获取的能源在未来的动力产品中将占有越来越大的比份。如何发展高光电能量转换效率、高可靠性和低成本的太阳能电池是目前太阳能利用领域所面临的关键问题。相对于第一代和第二代太阳能电池(转换效率<<50％)，各国科学家纷纷研究不同的应用于第三代太阳能电池的新材料和新结构，目标是使光电转换效率大于5 0％。近年来，一种具有微、纳米量级特殊结构的光伏材料成为太阳能电池的研究热点。利用飞秒脉冲激光在极短的持续时间内激发出极大的峰值能量，其在硅片的相互作用过程中具有很强的非线性效应，聚焦烧蚀硅表面很小的一块面积，形成规则排列的微纳米结构。这种微纳米结构由于表面积增大，对入射光波有很大的吸收，且对光的敏感性提高了数百倍，这些性质对我们提高光电转换效率具有很大的指导意义。这种材料与本底未处理材料的性质相比，材料带隙减小，对光的敏感性提高了数百倍，这使得其对波长为250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比传统材质的硅的比重低。这些奇特的光电和物理性质能进一步提高太阳能电池的光电转换效率。根据光吸收效率，激子光量子效率，化学电势效率以及填充因子计算总的光电转换效率，普通硅基太阳能电池光电转换效率只有1 5％，而基于微纳结构光伏材料的太阳能电池转换效率可望达到50%-60%。 针对国民经济可持续发展在太阳能光伏技术方面的重大需求，发展利用超短脉冲激光制备具有优异光电转化效率的微纳结构光伏材料的新方法，以及通过探测光伏材料中非平衡载流子的能带结构及微分负电导等特性，探知光伏材料的光电转换效率，从而筛选出转换效率较高的微纳结构光伏材料，最终在发展新型、高效太阳能电池的新原理和新技术方面取得创新性突破，为我国研发具有自主知识产权的高效第三代光伏电池打下坚实基础。

利用大规模集成硅基纳米光量子芯片技术，实现对高维度光量子纠缠体系的高精度和普适化量子调控和量子测量。 （图一）基于硅纳米光波导的大规模集成光量子芯片(可实现对高维量子纠缠体系的高精度、可编程、且任意通用量子操控和量子测量)       集成光学量子芯片技术，基于量子力学基本物理原理，使用半导体微纳加工工艺实现单片集成光波导量子器件（包括单光子源、量子操控和测量光路，以及单光子探测器等），可以实现对量子信息的载体单光子进行处理、计算、传输和存储等。集成光学量子芯片具有集成度高、稳定性高、性能好、体积小、制造成本低等诸多优点。因此，该技术被普遍认为是一种实现光量子信息应用的有效技术手段。      利用硅基纳米光波导技术实现的光量子芯片具有诸多独特优点，例如与传统微电子加工工艺兼容、可集成度高、非线性效用强、以及工作波长与光纤量子通信兼容等。然而，迄今为止光量子芯片的复杂度仅限于小规模的演示，如集成少数马赫-曾德干涉仪对光子态进行简单操控。因此，我们迫切需要扩大集成量子光路的复杂性和功能性，增强其量子信息处理技术的能力，从而推进量子信息技术的应用。       相干且精确地控制复杂量子器件和多维纠缠系统是量子信息科学和技术领域的一项难点。相对于目前普遍采用的二维体系量子技术，高维体系量子技术具有信息容量大、计算效率高、以及抗噪声性强等诸多优点。最近，多维度量子纠缠系统已分别在光子、超导、离子和量子点等物理体系中实现。利用光子的不同自由度，如轨道角动量模式、时域和频域模式等，可以有效编码和处理多维光量子态。然而，实现高保真度、可编程、及任意通用的高维度量子态操控和量子测量，依然面临很多困难和挑战。       针对上述问题，英国布里斯托尔大学、北京大学、丹麦技术大学、德国马普研究所、西班牙光学研究所和波兰科学院的科研人员密切合作，并取得了突破性进展。研究团队提出并实现了一种新型的多路径加载高维量子态方式，即每个光子以量子叠加态的形式同时存在于多条光波导路径，从而实现了一个高达15×15的高维量子纠缠系统。通过可控地激发16个参量四波混频单光子源阵列，可以制备具有任意复系数的高维度量子纠缠态。通过单片集成通用型线性光路，可对高维量子纠缠态进行任意操控和任意测量。因此，该多路径高维量子方案具有任意通用性。与此同时，团队充分利用集成光路的高稳定性和高可控性，实现了高保真度的高维量子纠缠态，如4、8和12维度纠缠态的量子态层析结果分别为96、87% 和 81%保真度，远超其他方式制备的高维量子纠缠态性能。       更重要的是，团队通过硅基纳米光子集成技术，实现了目前集成度最复杂的光量子芯片（图一所示），单片集成550多个光量子元器件，包括16个全同的参量四波混频单光子源阵列、93个光学移相器、122个光束分束器、256个波导交叉结构以及64个光栅耦合器，从而达到对高维量子纠缠体系的高精度、可编程、且任意通用量子操控和量子测量。       研究进一步利用该高维光量子芯片技术，验证高维度量子纠缠系统的强量子纠缠关联特性，包括普适化贝尔不等式和EPR导引不等式等，证明量子物理和经典物理定律的重要区别。例如，对4维度量子纠缠态，实验观察得到了2.867±0.014的贝尔参数，不仅成功违背经典物理定律61.9个标准差，而且超过普通二维纠缠体系的最大可到达值的2.8个标准差。研究还首次实现高维量子系统的贝尔自检测和量子随机放大等新功能，例如，对3维度最大纠缠态和部分纠缠态的自检测保真度约为76%，对14维以下纠缠态均实现了量子随机放大功能。

本发明公开了一种基于硅基液晶的偏振检测系统及方法，所述 偏振检测系统包括检偏器、光探测器、硅基液晶驱动模块、控制单元 和用于相位调制的硅基液晶，硅基液晶在硅基液晶驱动模块的驱动下 对待测光进行相位调节，获取一系列偏振光，通过对这一系列偏振光 的分析获取待测光的偏振信息，包括竖直方向与水平方向的振幅及相 位差。本发明的系统在精确可编程控制下，进行偏振态检测与控制， 不受类似于波片的波长敏感性制约；且本发明采用硅基液晶进

近日，北京大学物理学院马仁敏研究员课题组实验发现了拓扑能带反转光场限制效应，将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态，并基于此实现了一种高性能的拓扑体态激光器。这种新型激光器具有垂直出射、高方向性、小体积、低阈值、窄线宽、单横模、单纵模和高边模抑制比等优异特性。相关工作被《Nature Nanotechnology》杂志以标题 “A high-performance topological bulk laser based on band-inversion-induced reflection” 进行长文报道。 激光器的发明加深了人们对光与物质相互作用的认识，并对现代科学与技术的发展起到了巨大的推动作用。至激光器发明以来，激光微型化始终是一个重要的研究方向。半导体激光器因为易于电泵浦和规模生产与集成等优点，是激光微型化的首要选择。经过几十年的发展，半导体激光器的微型化已经取得了巨大的成就。尤其是具有垂直出射特性的垂直腔面发射激光器（VCSEL），目前已有数以百亿计的该型激光器被广泛应用于数据通讯、激光雷达、人脸识别、数据存储与医疗手术等领域。图1：拓扑体态激光器原理和示意图。(a) 用于构造能带反转的拓扑态和拓扑平庸态光子晶体示意图。(b) 实验中发现能带反转可用来实现光场的反射和限制。(c) 垂直发射拓扑体态激光器示意图。拓扑体态激光器出射方向垂直于光学腔反馈平面。 马仁敏研究员与合作者提出并实现了一种新型垂直发射激光器—拓扑体态激光器。这种新型激光器直径只有数微米，具有良好的垂直发射方向性, 窄线宽，单横模、单纵模，能够在室温下以千瓦每平方厘米阈值稳定工作，单模输出边模抑制比超过36 dB。这些性能与商业化激光二极管相当，根据IEEE以及相关工业标准，指标满足多数应用领域需求。 该类激光器的实现有赖于实验中发现的一种新型光反射和限制机制：能带反转光场限制效应。图1给出了能带反转光场限制效应和基于其实现拓扑体态激光器的原理和示意图：实验中首先通过对二维光子晶体进行变形操作，分别获得了具有拓扑态和拓扑平庸态的能带结构；相较于拓扑平庸态，拓扑态的光子晶体能带结构中发生偶极子和四极子能带间的能量反转；实验和理论计算发现频率靠近能带边缘的光场虽然在拓扑态和拓扑平庸态中都可以自由传播，但是在两者的界面处会发生能带反转引起的光场发射；该能带反转引起的光场反射和限制效应仅发生在布里渊区中心附近，越靠近布里渊区中心，光场反射和限制越有效，使得利用该类型反射机制构建的拓扑体态激光器具有单横模、单纵模、面内反馈、垂直出射等优异特性。图2：拓扑体态激光器件与性能。(a-b) 拓扑体态激光器谐振腔（a）和拓扑界面处（b）的电镜图。（c）随功率变化的光谱。（d）激射光谱。（e）激射实空间近场分布。（f）激射角分辨远场分布。 能带反转光场反射和限制效应为激光物理提供了一种新颖的激光模式选择和出射光场调控机制。基于该原理构建的新型拓扑激光器各项性能均达到了可商业化应用的水平（图2）。新的光场反射和限制机制将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态，同时该原理可以拓展到电子学、声学和声子学等领域。 该工作发表于Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-019-0584-x)，马仁敏研究员为论文通讯作者；北京大学博士后邵增凯、博士生陈华洲和王所为共同第一作者；其他作者包括北京大学博士生冒芯蕊、杨振乾、访问学生王少雷，以及日本国立材料研究所教授胡晓，学生王星翔。这项工作得到国家自然科学基金委、科技部、北京市自然科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心等的支持。

实验的纳米线中的自旋轨道耦合不是均匀的。在纳米线结构中电极和超导体的电场以及屏蔽效应都会调制自旋轨道耦合的大小，造成空间不均匀。最简单的模型可以假设纳米线分成自旋耦合大小不同的两段。这个假设立刻能给出衰减的Majorana振荡。其衰减机制是：随着磁场的增大，两段纳米线之间的耦合增强导致二者能谱之间的相互排斥增强，使得能量较低的能谱在振荡的同时变得更低。通过更仔细的参数调节，在不同长度纳米线中观测到的各种形状的衰减都可以被拟合，更加确定了不均匀自旋轨道耦合在纳米线中的存在。此外，这个理论发现，存在不均匀自旋轨道耦合的时候，纳米线中的另一种拓扑束缚态Andreev束缚态也会产生衰减振荡。最新的实验也支持了非均匀自旋轨道耦合是纳米线中不可忽视的因素。