第200次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

纳米阴极荧光显微系统研制及应用
方哲宇教授北京大学

微纳光子结构通过电磁场局域增强效应显著提升了经典光学效应效率与器件性能。当光与物质相互作用进入亚纳米尺度时，新型量子光物理效应显现，对量子计算、信息存储及片上光子源等技术的发展具有重要意义。然而，现有表征技术难以满足亚纳米空间分辨与超快时间分辨的量子光物理研究需求。为此，我们成功研制了角分辨超快阴极荧光纳米显微光谱系统，实现了 5 nm 空间分辨、10 mrad 角分辨和 120 ps 时间分辨的联合表征能力。基于该自主设备，系统研究了光子自旋霍尔效应、拓扑光子晶体模态及谷光子调控等量子光物理动力学过程。该研究不仅提升了我国在微纳光电子科研装备领域的自主创新能力，更为光子-自由电子-物质相互作用的微观机制研究提供了新工具，推动了量子光物理领域的研究。
以小博大，生物结皮在西部生态文明保护与建设中的作用及应用
贾荣亮研究员中国科学院西北生态环境资源研究院

生物土壤结皮(Biological Soil Crust, BSC) 是由蓝藻、绿藻、地衣、藓类和微生物，以及相关的其它生物体通过菌丝体、假根和分泌物等与土壤表层颗粒胶结形成的十分复杂的地表覆盖体，广泛分布于干旱半干旱区，其盖度占该区域地表活体覆盖的 40%以上。由于个头矮小、鉴定困难和研究能力限制，BSC 在我国西部生态文明保护与建设中的作用曾被长期忽视。报告主要介绍研究团队在BSC增加地表稳定性、固碳固氮、维持生态系统健康等方面的作用研究进展和 BSC 作为新型生态环保材料的独特优势以及在退化土地治理、交通干线和能源基地防风固沙、矿区生态修复、土长城遗址保护等方面的应用情况。
微纳形变光学：结构制备与光场调控
李家方教授北京理工大学

纳米精度的三维制造技术是当代光电子学和微纳光子学发展的重要基础。传统的三维微纳制造技术，如自下而上（bottom-up）、自下而上（top-down）、自组装等方法，遵循的是一种线性序列，通常采用逐层叠加二维平面来构建三维空间，结构的复杂度、分辨率和制备成本很难同时兼顾。我们借鉴传统剪纸形变原理，结合现代纳米加工工艺，采用“二维刻线+三维形变自成型”方法，发展出纳米尺度的片上、原位、立体形变加工技术。该技术既不同于增材制造，也不同于减材制造，突破了传统自下而上、自上而下、自组装等纳米加工方法在几何形貌方面的局限，成为一种快速、新型的三维微纳形变制造方法，为微纳光子学的发展提供了一种新的技术途径。本报告将介绍研究团队在微纳形变结构创新设计、精密制造与光场调控等方面的研究进展，有望为动态调控光学超表面、新型微纳光机电器件、光学操控微纳机器人等领域提供新颖的物理机制和调控方法。
基于光子集成芯片的高速多维光场调控
李林研究员华东师范大学

能够同时在时间和空间上对光场进行精确调控是推动高速信息处理、量子光学、成像、显示等光子技术发展的核心需求，更是实现下一代光子器件的关键。高速多维度光场联合调控可以构建全新的时空光场，为光子技术领域引入新颖的物理和重要的应用前景。然而，现有技术难以实现高速、高效的多维光场联合调控。为突破这一瓶颈，我们融合了光子集成芯片与超构表面两大体系。该融合架构充分利用双方互补优势，有望实现高度集成、高速、多维光场调控芯片，为高速多维光场调控提供解决方案。本报告将介绍课题组基于该融合体系在高速多维光场调控方面的工作，包括对二维面内光场传播的精确调控，以及实现自由空间光场的超高速（GHz 级）多维度联合调控等工作。这些工作不仅验证了融合平台的技术可行性，更为集成光子学及集成的光学器件和系统提供了全新的平台，并展现出重要的应用前景。
光热调控超材料及其在航天领域应用
李垚教授哈尔滨工业大学

随着深空探测、载人登月等重大航天工程的持续推进，传统热控技术在新型航天任务中逐渐显现出局限性。当前航天器广泛应用的固定发射率热控涂层，存在质量大、能耗高等突出问题，发展新型智能光热材料与技术成为迫切需求。微纳光子结构设计为解决这一难题提供了新思路，通过精准调控太阳光和红外光的振幅、频率、相位等特性，可实现对热传导与辐射过程的动态管理，满足航天器在复杂极端环境下的智能温控要求。本团队围绕航天热控需求，系统研究 WO 3 、聚苯胺、VO 2 等材料的光谱调控特性，结合 F-P 谐振腔、一维光子晶体薄膜、仿生微结构及超构材料等微纳光子结构设计，成功实现器件在可见光、近红外及中红外波段的快速动态光谱调控。通过微纳光子学方法解耦不同电磁波段的调控机制，有效克服材料的波长依赖性，推动多波段、宽谱段智能响应电致变色与热致变色材料的发展。在技术体系构建方面，创新性提出“刚柔相济”理念：基于无机微纳结构开发全固态电致变色动态控温技术（“刚”）；研制柔性有机光子器件以适配复杂曲面（“柔”）；利用 VO 2 热致变色材料保障天问二号探测器在深空剧烈热流下的稳定运行（“相”）；融合仿生与超构设计推动热控系统向智能光子调控跃升（“济”）。这些研究成果充分彰显微纳光子结构在航天热控领域的核心价值。面向未来，团队将深度参与嫦娥八号、天问三号 / 四号等国家重大航天任务，持续拓展调光控热技术边界，为中国深空探测新征程提供坚实的技术支撑。

第200次：纳米光学与沙漠治理