信息光子学研究团队

科学研究

信息光子学研究团队

时间：2025-04-02来源：91直播点击：3429

一、团队概况

主要研究内容包括光子学材料和器件、电磁/声学超构材料和超构表面、计算光学散射成像、非相干数字全息和光学相干层析成像等。通过材料结构设计实现对光/声场多维度调控，探究光/声场与物质相互作用的新物理、新效应和新应用；基于数据和深度学习和信号处理建立目标场景与图像等测量信息之间的计算模型，实现目标重建和控制, 以期应用于散射/超分辨成像、传感、器件集成等领域。近五年承担国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和博士后基金十多项，在Sci. Adv., Phys. Rev. Lett., Nature Comm., Adv. Mater., Phys. Rev. Appl., Opt. Exp., Opt. Lett., Appl. Phys. Lett.等国际期刊发表论文50余篇，并申请多项专利，团队获得的奖项包括江苏省优秀博士论文，2018年江苏省91直播科学研究成果奖（高校自然科学类）二等奖等。

图：本课题组部分成果图

二、成员简介

（一）老师介绍

1、刘友文教授特聘教授博士生导师

91直播-91视频-91麻豆应用物理系教授、博士生导师，江苏省青蓝工程和333人才工程入选者。2001年毕业于中国科91直播上海光学精密机械研究所，获光学工程博士学位；2001年9月－2006年3月，日本国立材料科学研究所(National Institute for Materials Science)特别研究员；2006年4月至今，91直播教授/博士生导师，主要从事微纳光子学材料和器件、计算光学成像、非线性光子学等方向的研究。在Nature Commun., Adv. Mater., Phys. Rev. Lett., Opt. Lett.，Appl. Phys. Lett.，Opt. Express, J. Appl. Phys., J. Opt. Soc. Am. B, Appl. Opt.等国内外核心91直播刊物上发表SCI收录论文200多篇，论文引用(Scopus)超过2900次，在SPIE, CLEO等国际会议报告20多次，授权发明专利近20项。获国家级教学成果一等奖(6/10), 上海市科学技术进步奖三等奖(3/5), 中国科91直播院长奖优秀奖。培养的91直播获省优秀博士学位论文1篇，省优秀硕士学位论文2篇，江苏省青年光学科技奖1项。

研究领域：微纳光学和光子学、计算光学成像、非线性光子学、信息光子学

2、王睿特聘研究员博士生导师

91直播-91视频-91麻豆特聘研究员。2013年和2018年在南京大学91直播分别获学士和博士学位。2018年至2021年任南京大学91直播副研究员，2021年加入91直播理91直播任特聘研究员。2019年入选江苏省“双创”博士。主要从事超快光谱学、非线性光学及激发态动力学研究。近几年在Nat. Commun., JACS, Adv. Mater.等国际一流期刊上发表论文30余篇，被引1000余次。主持国家自然科学基金青年项目一项，省自然科学基金青年项目一项。

研究领域：超快光谱学、非线性光学、激发态动力学

3、伏洋洋教授博士生导师

91直播-91视频-91麻豆教授，长空之星入选者。2018年6月毕业于苏州大学，获得光学博士学位。自2013年起主要从事电磁/声学超构材料和超构表面方面的基础理论研究和新型器件设计研究并取得了一系列的研究成果，在包括 Phys. Rev. Lett., Nat. Rev. Mater., Nat. Commun.，Sci. Adv., Phys. Rev. Appl., Phys. Rev. Mater., Phys. Rev. A, New J. Phys., Opt. Express, Opt. Lett., Appl. Phys. Lett.等国际期刊发表SCI论文30余篇，引被1000余次。部分成果获2018年江苏省91直播科学研究成果奖（高校自然科学类）二等奖；2017年苏州市自然科学研究论文奖一等奖；多次在国际91直播会议上作91直播报告；为Opt. Express、Opt. Lett.、NJP等期刊审稿人。

研究领域：超构材料与超构表面、等离激元、非厄米物理

4、张玲珑副研究员硕士生导师

91直播-91视频-91麻豆副研究员。2019年6月，获得南京大学电子科学与工程91直播博士学位，博士毕业后，在世界排名前30的澳大利亚国立大学进行博士后研究。目前，在Sci. Adv., Nat. Commun., Adv. Mater. 和 Mater. Today等世界高影响力的中科院大类一区顶刊发表论文16篇；这其中，作为第一或共同第一作者在中科院大类一区顶刊发表论文7篇。作为章节通讯作者和章节第一作者撰写《Anisotropic 2D Materials and Devices》英文专著中的章节‘Organic anisotropic 2D materials for next-generation optoelectronics’（由Royal Society of Chemistry出版发行）。

研究领域：新型纳米材料及光电子器件、锂金属电池

5、施瑶瑶副教授硕士生导师

91直播航天91直播副教授。本硕博毕业于91直播，2020年获光学工程博士学位，主要从事计算光学成像方面的研究，发表SCI论文10余篇，授权国家发明专利三项，主持国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学基金青年项目、工信部重点实验室开放基金项目等，曾获江苏省优秀博士学位论文、江苏省青年光学科技奖、江苏省物理学会年会优秀报告奖等荣誉。

研究领域：散射成像、计算光学成像、信息光学

6、董大兴高级实验师硕士生导师

91直播-91视频-91麻豆高级实验师，本硕博毕业于91直播，2021年获光学工程博士学位。主要研究领域光电检测、微纳光学器件设计。目前，以第一作者发表SCI期刊论文6篇。与各国防单位开展合作项目10余项，多个项目已经产品化。部分成果成功应用于航空和航天领域。

研究领域：光电检测、微纳光学器件设计

7、陈昌东副教授硕士生导师

91直播-91视频-91麻豆副教授。2008年于91直播获学士学位，2013年于南京大学获博士学位。主要从事光场调控、非线性频率转换、非厄米物理、集成光学/声学器件、结构光场/声场等方面研究。目前，以一作／通讯（共同）在Nat. Commun.、Appl. Phys. Lett.、Opt. lett.、Opt. Express、FOP、OLT等知名期刊发表论文多篇，主持国家自然科学基金青年项目、国家博后面上、固体微结构国家重点实验室开放基金等项目。

研究领域：光场调控，非厄米物理

8、盛伟实验师

91直播-91视频-91麻豆实验师。2005年9月-2009年6月，91直播理91直播，获学士学位；2011年9月-2014年4月91直播理91直播，获硕士学位；目前在职就读91直播博士学位。主要从事数字全息、散射介质成像、鬼成像等计算光学成像方向的研究。在Opt. Lett.和Opt. Express等国际91直播期刊上发表SCI收录论文5篇，国内中文核心期刊发表论文若干。

研究领域：数字全息、散射介质成像、鬼成像

9、胡传捷讲师

91直播-91视频-91麻豆讲师。2018年于北京化工大学获电子科学与技术学士学位，2024年于厦门大学获电磁场与微波技术博士学位。2022 -2024年获前往新加坡国立大学电子与计算机工程攻读联培博士。主要从事电磁/声学超构材料/超构表面、导模调控等领域的研究。目前，以第一/通讯作者身份在Laser Photonics Reviews、 Science Bulletin、 Physical Review Applied、 Applied Physics Letters 等期刊发表论文8篇。

研究领域：超构材料、波场调控

（二）91直播情况

目前共有在读博士生11名，在读硕士生7名。

三、91直播成果

（一）近期91直播会议与报告

2022年4月伏洋洋老师团队在杭州PIERS会议上进行了三次报告。报告题目分别为“Anomalous Electromagnetic Scattering in Purely Imaginary Metamaterials beyond the Critical Angle”，“Acoustic Vortex Diffraction and Manipulation Using Phase Gradient Metasurfaces”，“Photonic Spin Hall Effect in a S4-symmetry Metasurface”。

（二）团队主持的主要91直播项目

1. 基于“体散射+非视距成像”模型的透过强散射介质深度分辨成像研究，国家自然科学基金面上项目（项目编号：12274224；课题经费：55万；起止时间：2023.01-2026.12）

2. 圆柱波导中声学涡旋场产生、传输与调控研究，国家自然科学基金面上项目（项目编号：12274225；课题经费：55万；起止时间：2023.01-2026.12）

3. 给受分子聚集体非辐射复合动力学的超快光谱研究，国家自然科学基金面上项目（项目编号：22273039；课题经费：54万；起止时间：2023.01-2026.12）

4. 有机层有序堆积的二维无机/有机II类异质结层间激子调控，国家自然科学基金青年项目（项目编号：62204117；课题经费：30万元；起止时间：2023.01-2025.12）

5. 基于散斑指纹的重散射介质中运动目标光学成像研究，国家自然科学基金青年项目（项目编号：62105146；课题经费：30万元；起止时间：2022.01-2024.12）

6. 共聚物体异质结中的超快极化子对电荷分离研究，国家自然科学基金青年项目（项目编号：11904168；课题经费：27万元；起止时间：2020.01-2022.12）

7. 声学相位渐变超构表面的衍射机制研究，国家自然科学基金青年项目（项目编号：11904169；课题经费：26万；起止时间：2020.01-2022.12）

8. 基于散斑相关度的重散射介质中运动目标光学成像研究，江苏省自然科学基金青年项目（项目编号：BK20210290；课题经费：20万元；起止时间：2021.07-2024.06）

9. 二维无机/有机异质结的对称性调控及光电性能研究，江苏省自然科学基金(青年项目项目编号: BK20210275；课题经费：20万元；起止时间：2022.07-2024.07)

10. 基于声学相位渐变超构表面的新型声学器件设计研究，江苏省自然科学基金青年项目，（批准号：BK20190383；课题经费：20万；起止时间：2019.07-2022.06）

11. 有机光电转换中的超快极化子对电荷分离研究，江苏省自然科学基金青年项目（项目编号BK20190290；课题经费：20万元；起止时间：2019.07-2022.06）

12. 无拴锁超导纳米线超导单光子探测与控制系统（项目编号：KFB21541；课题经费：120万；起止时间：2021.12-2022.12）

13. 基于深度学习方法的动态光学散斑成像研究（项目编号：NZ2020011；课题经费：20万元；起止时间：2020.08-2022.07）

14. 大面积二维D**A单晶成膜机制及应用研究(项目编号: 1008-YAH21078；课题经费：8万元；起止时间：2021.05-2023.08)

15. 二元声学超构表面的衍射特性及器件设计研究（项目编号：2020M681576；课题经费：8万；起止时间：2021.01-2022.12）

16. 二元声学超构表面的散射特性及器件设计研究（项目编号：2020Z224；课题经费：2万；起止时间：2020.07-2022.06）

17. 基于记忆效应的透过散射介质成像与应用研究（项目编号：YAH20039；课题经费：6万元；起止时间：2020.05-2022.05）

（三）本科生参与的91直播项目

在研：

①课题名称：二维有机/无机异质结中的能量转移、电荷转移和光电性能研究

有机半导体的无序堆积特性，限制了有机/无机异质结中能量转移、电荷转移机制及光电性能的研究。本项目拟利用物理气相传输（PVT）方法生长高度有序堆积的二维有机单晶（如pentacene, tetracene, PTCDI等），结合转移方法构筑高质量的二维有机/无机异质结。基于此，研究二维尺度能量转移、电荷转移等，分析有机层杂化对整个体系光与物质相互作用的影响，为设计和制备高性能的二维有机/无机异质结光电探测器提供理论和实验指导。

②课题名称：高性能二维有机/无机异质结成像阵列研究

拟采用PVT方法研究二维有机单晶的成膜机制，分别在大尺寸的h-BN、graphene、MoTe2上合成大面积、高迁移率和高光敏性的二维有机单晶（2D OSC），例如pentacene, PTCDA等。利用二维OSC/Graphene，OSC/MoTe2，Graphene/OSC/MoTe2异质结作为光电探测器的光敏层，研究界面特性、调控机理。进一步地，制备高性能的二维有机/无机异质结成像阵列。通过该项目的实施，拟为发展和应用二维有机单晶提供理论和实验依据，研发新型红外光敏材料，解决红外光学检测器在军事、国防和航空航天领域的瓶颈问题。

③课题名称：高质量二维有机/无机超晶格的光电性能研究

由二维过渡金属和其他二维材料组成的人工超晶格，继承了组成层的优点，为新的物理特性、功能器件设计和应用提供了强大的平台。当前超晶格主要由化学插层和“卷绕”等方法形成，其中溶液处理步骤严重限制了器件的性能。另一方面，二维有机单晶杰出的光电子特性，使其成为了组装超晶格的重要候选。本项目利用无溶液处理的Gel-film干法转移和物理气相传输（PVT）方法，制备高质量的二维有机/无机超晶格，并研究其激子动力学，能量转移、电荷转移机制、新型激子（例如层间激子、多激子复合体）等，分析有机层杂化对整个体系光与物质相互作用的影响。本项目的实施拟为研究新的物理机制和技术应用提供理论和实验依据。

④课题名称：基于超构表面的涡旋声场多功能激发研究

与涡旋光束类似，携带轨道角动量（OAM）的涡旋声束是近几年的研究热点，在声通信、微粒操纵、医学等领域具有较好的应用前景，而目前器件、结构等所能产生的OAM声束所携带的拓扑荷数较为单一且结构复杂难以实现，本项目将采用突变截面圆柱波导、超构表面（PGM）等结构基于F-P共振、涡旋场衍射理论等实现在同一结构中激发多种不同拓扑荷OAM声束的空间对称性破缺的新颖声学超材料器件，具有器件结构独特，调控机制简单，产生的涡旋声场丰富等优势，具有极高的应用价值。

结题：

⑤数字全息无损检测技术的应用探究

⑥微小形变量的实时观察系统设计

⑦基于树莓派的数字全息在线照相机设计

⑧小型数字全息照相系统

⑨大学物理实验综合测评系统的开发

⑩数字全息及其彩色化

⑪基于电位差计物理实验的考试系统设计

招募：

⑫课题名称：计算光学成像

计算光学成像是一个新兴学科，该学科结合光学技术、计算机技术和数字图像处理技术以达到更高性能的光学成像质量。结合统计光学原理和深度学习方法，进一步可解决目标从“看不见”到“看得见”的问题，如卫星穿过大气层对地探测、地基探测器穿过浓雾对远处目标探测、潜艇穿过浑浊的水对目标探测等。除了散射成像外，计算光学成像还包括鬼成像、数字全息相位成像、非视域成像、超分辨成像等，计算成像技术不但解决了许多过去成像领域难以解决的问题，还在信息获取能力、成像的功能、核心性能指标，例如空间分辨率、时间分辨率、灵敏度等获得了显著提升。

四、主要实验测试平台

1、散射成像系统

计算散射成像系统能够透过散射介质对目标进行光学成像，例如透过云雾雨、浊水、生物组织等介质成像，因而在军事、救援、生物医学成像、航天探测、自动驾驶等很多领域具有潜在应用价值。该系统利用目标上各点形成的散斑互不相关的性质，根据探测到的散斑相关度对厚散射介质中的运动目标成像。系统结构简单、成本低廉，将光学系统与光学计算相结合，能够实现介质内部隐藏目标的高分辨成像。

采用非相干光照明模式，将激光照射空间到空间光调制器（SLM）上，计算机控制空间光调制器的相位以此显示目标物体，物体反射光通过分束镜传播到达散射介质，同时计算机控制CCD捕获透过散射介质的散斑图案。捕获的散斑图案经过后续软件处理输入到神经网络进行模型训练，训练好的模型能够对隐藏在散射介质后面的物体进行图像复原。该课题主要应用到遥感成像和生物医学等领域。

2、计算鬼成像系统

“鬼”成像(ghost imaging)又称双光子成像(two-photon imaging)或关联成像(correlated imaging) ，是一种利用双光子复合探测恢复待测物体空间信息的一种新型成像技术。传统的成像技术主要利用光场的一阶关联信息（强度与位相），而“鬼”成像利用的光场的二阶关联进行成像，被认为是一种强度波动的统计相关。实验主要利用激光照射在旋转的毛玻璃上产生赝热光。SLM（空间光调制器）或DMD（数字微镜器件）对光场进行相位或振幅调制，来产生掩膜，照射到物平面，最后被一桶探测器接收，即可恢复出物体图像。

3、非相干全息术成像系统

由于相位包含丰富的光场信息，相位成像在光学计量、显微镜、生物医学等诸多领域都有重要应用。在诸多相位成像技术中，基于相干光的全息技术因其具有三维成像和全场测量的优点而广为人知，并得到广泛应用。然而，依赖相干光源的全息术无法捕捉到自发光或日常光照条件下的物体，极大地限制了其应用范围。此外，相干光引起的散斑效应往往会降低图像质量。基于非相干光的全息技术不仅解决了相干光带来的问题，而且可以实现超分辨率成像。尽管非相干全息在强度成像方面取得了很大进展，但是关于相位成像的报道几乎没有。我们小组通过深入研究非相干全息术，提出了非相干全息术的相位成像理论，实现了各项异性材料的相位差测量和偏振敏感材料的偏振态测量。

4、非视域成像（NLOS）系统

如何对隐藏在相机视线之外的物体进行成像是许多研究领域的一个基本问题，在机器人视觉、国防、遥感、医学成像和自动驾驶车辆等领域有着广泛的应用。通过使用脉冲激光和时间分辨探测器扫描可见表面，证明了宏观尺度下的非视域（NLOS）成像。光探测和测距（LIDAR）系统使用此类测量从直接反射中恢复可见物体的形状，而非视线成像则从多次散射光中重建隐藏物体的形状和反照率。该系统利用TOF技术，使用SPAD和TCSPC器件，以更高分辨率对隐蔽物体进行成像。