光学信息技术科学教育部重点实验室

(南开大学)

 

 

2014年度工作报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

201412

 


一、实验室简介

1、实验室情况

光学信息技术科学教育部重点实验室是2011年初,从原光电信息技术科学教育部重点实验室(南开大学、天津大学)拆分后建立的,并于20119月参加了5年一度的教育部重点实验室评估,获得了良好类重点实验室的结果。

目前,实验室的支撑学科是南开大学光学工程国家重点学科,包括现代光学研究所和光电子薄膜器件与技术研究所,隶属于电子信息与光学工程学院。

2、总体发展思路

以国际著名大学的光学研究所、光学中心(The Institute of Optics, University of RochesterCollege of Optical Sciences, University of ArizonaCREOL, the College of Optics and Photonics at University of Central Florida)为参考系,建立国际一流的光学信息技术科学研究中心和人才培养基地。

二、总体定位和研究方向

依托光学工程国家重点一级学科,秉承南开大学在信息光学领域的传统优势,重点发展的研究方向是:(1新一代光学信息处理及其应用技术;(2微纳光学和微纳尺度光场调控及其应用;(3飞秒激光创新应用和微结构光子器件应用技术;(4基于薄膜光电子技术的光伏电池和显示技术

以上研究方向分别对应了光学工程学科在光电信息技术与工程、光电子技术与光子学两个重要学科分支的前沿发展方向和趋势。

1)新一代光学信息处理及其应用技术

此方向包括光学信息处理及图像技术、超快数字全息技术、激光散斑成像、三维成像与显示技术、视光学、自由曲面光学设计和高分辨率成像技术;以及先进的光信息探测技术、光纤传感、太赫兹通信和传感技术、生物医学光学、激光/拉曼光谱探测和高速激光扫描技术。

2)微纳光学和微纳尺度光场调控及其应用

通过微纳光学等理论机制和新一代光信息获取手段,加强了对光的驾驭能力,在国防、生物医学环境监测等领域发挥重要作用。该研究方向主要从事衍射微纳光学器件的设计和加工、表面等离激元调控与创新应用,并以生物医学应用需求为目标,广泛开展微纳光学信息技术与生物医学交叉融合的前沿应用基础研究。

3)飞秒激光创新应用和微结构光子器件应用技术

率先在国内开展了飞秒条件下微小物质操纵、信息获取、电离显微成像以及新一代微纳结构光子器件的前沿探索,建立了大量优秀工作基础。研究内容包括飞秒级信息瞬态实时记录、飞秒激光推进操纵、微纳结构光纤光子器件、新型光纤激光器、微结构太赫兹光子器件等。

4)基于薄膜光电子技术的光伏电池和显示技术

自主开发薄膜光电子沉积技术,支撑薄膜信息光电子器件的制备。在非晶硅薄膜太阳电池等方面,一直处于国内领先地位,太阳电池转换效率处于国际先进水平,连续获得973项目支持和首席单位。研究内容包括非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳电池、薄膜晶体管(TFT)显示。

三、研究水平与贡献

论文发表情况

本年度,我室在国内外重要学术期刊发表SCI收录论文118篇,EI收录41篇。其中:36篇;33篇;21篇;18篇。实验室近年来发表论文质量有显著提高,二区以上论文有大幅度的增长,其中一部分成果已达到国际同类先进水平。

特别是,在光学与光学工程权威期刊Nature CommunicationsNanoscaleACS Applied Materials & InterfacesOptics LettersOptics ExpressApplied Physics Letters  等二区以上刊物发表论文69篇,从文章质量上反映出本实验室的学术水平快速提升,已接近国际同类学科的学术水平。

科研项目与经费

2014年度,我室共承担国家973、国家863、国家自然科学基金等项目共76项;实到纵向经费为2148万元;其中包括国家973项目或课题12项、国家863项目8项、国家自然科学基金29项,国际合作项目4项,国家其他部委1项,天津市科技支撑计划项目2项,天津市应用基础与前沿技术研究计划项目12项,其他纵向项目8项;其中国家级项目经费占纵向总经费约73%,占横向纵向总经费约66%

著作与专利

出版的学术专著及教材

序号

著作名称或题目,全部作者

出版时间

出版社

1

《太阳能电池基础与应用》,主编朱美芳,熊绍珍。

2014

第三版

科学出版社

2

《太阳电池的发展现状及提升性能的方法途径》,王启明,褚君浩,郑有炓

20142月第一版

科学出版社

获国家授权发明专利8项,授权实用新型1项。

科研与教学成果奖

本年度,我室获国家级教学成果奖2项,省部级科研成果奖1项。

序号

类别等级

项目名称

获奖人姓名

1

天津市自然科学二等奖

光子晶体光纤的调控机理、技术与应用研究

刘艳格、王志、刘建国、董孝义、开桂云、金龙、韩婷婷、岳洋、杜江兵、刘占元、袁树忠

2

国家级大学素质教育精品通选课

科研方法论

张伟刚等10

3

天津市教学团队

科学素养与科研方法教学团队

张伟刚等8

四、代表性研究成果

1)新型成像与信息处理技术

3D显示成像与信息处理技术

研究了光场集成成像技术在3D显示与信息处理中的应用。重点开展了基于该技术的高分辨率三维信息获取和重建方面的研究,相关成果发表在Opt. Lett. 39, 2032-2035 (2014)Opt. Express 22, 25635-25650 (2014)

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新型超分辨成像技术

研究了基于偶氮材料光吸收调制的新型超分辨成像技术,利用该技术的远场光调制特点,结合矢量光场提出了产生超衍射极限(l/10)纳米聚焦光场的新方法。可用于SPP激发、超分辨近场成像、光存储等领域。相关成果发表在Appl. Phys. Lett. 104, 061103 (2014)

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2)微纳尺度光场调控理论

纳米金属孔阵列光学异常透射微观解释与宏观解释的统一理论

建立了宏观解释中表面Bloch模式的表面等离激元(SPP+准柱面波微观模型,模型表明,表面Bloch模式与光学异常透射通过面内波矢极点关联。工作意义在于,实现了光学异常透射微观解释与宏观解释两类主流观点的统一,为SPP场增强传感器件、人工超构材料的设计提供了理论基础。相关成果发表在X. Zhang, H.T. Liu*, Y. Zhong. Physical Review B, 2014, 89: 195431

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纳米金属天线辐射增强中表面等离激元的作用

建立了纳米金属天线辐射增强的表面等离激元(SPP)微观解析模型。模型表明,随着天线谐振阶次的增大, SPP对辐射增强逐渐起主导作用。工作意义在于,定量给出了SPP对纳米天线辐射增强的贡献,为相关高灵敏度分子光谱传感器件的设计提供了理论依据。

相关成果发表在C. Liu, H.T. Liu*, Y. Zhong. Optics Express, 2014, 22: 25539-25549

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3)飞秒激光技术创新应用

超亮喷射状光束的发现和解读

首次发现了一种在特定聚焦条件下由飞秒脉冲诱导空气等离子体内出射的超亮喷射状光束,并解释了这种现象是通过发生在等离子体-空气界面的四波混频而形成的。Scientific Reports 4, 3892 (2014)

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飞秒激光成丝过程中THz能量空间强束缚新现象

在飞秒激光诱导等离子体成丝过程中发现,产生THz波光斑的直径只有20~50微米,远小于THz波波长,THz波能量在空间被高度集中。

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利用光丝产生THz波作为光源,实现了空间分辨率达到20微米的THz超分辨成像。Scientific Reports 4, 3880 (2014)。根据数值计算结果,提出了光丝中等离子体折射率不均匀分布产生THz亚波长尺寸波导的新机制。Laser Phys. Lett. 11, 095302 (2014)

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4)光纤传感应用成果

光纤传感油气管线安全监测

在国内首次将光纤传感应用于油气管线安全监测领域,在中海油(CNOOC)渤南龙口天然气终端处理厂采用光纤光栅传感技术实现了油气线腐蚀状况的在线监测,并智能预警管理,从而保证油气管道重点位置的安全运行和维护。研制了适用于油气管线应变监测光纤光栅传感器,并探索出传感器封装和安装工艺;开发了现场应用的光纤光栅传感解调及预警硬件系统;开发一套油气管线腐蚀安全监测智能软件系统,实现数据通讯和数据智能分析功能,并可实现管线安全点对点预警及报警。

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光纤通信线路安全监测预警系统

基于干涉式分布光纤传感技术,集成数字信号处理、模式识别及嵌入式智能化信息系统等技术开发了长距离分布式光纤通信线路安全监测预警系统。通过与中国联通天津分公司的紧密有效合作,系统已在示范工程中进行测试应用,并计划进一步推广至电信部门以用于光纤链路的实时安全监测。开发了一套基于拉曼散射原理的新型光缆识别定位仪,并在中国联通天津分公司进行了现场测试和应用,能够准确有效实现目标光缆的识别。

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5)光伏领域大面积VHF-PECVD系统和成膜技术

实现自主知识产权的大面积VHF-PECVD系统和成膜技术;建立了国内首条非晶硅/微晶硅叠层电池中试研发线。使南开大学成为国际上为数不多,可开展大面积非晶硅/微晶硅叠层电池产业化研究的单位,取得的多项国际先进水平研究成果,例如:

  高效单结非晶硅薄膜太阳电池,光电转换效率为11.01%

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   高效叠层薄膜太阳电池,光电转换效率仅次于韩国LG公司的16.1% Liu et al. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 2014; DOI: 10.1002/pip.2564

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五、队伍建设和人才培养

本年度获得的人才奖情况

序号

名称

获奖人姓名

1

国家青年千人计划

王卫超(2014

2

天津市中青年科技创新领军人才

刘艳格(2014

3

天津青年科技奖

刘海涛(2014

4

中国仪器仪表学会-金国藩青年学子奖学金

匡登峰(2014

科研队伍状况

在职教学与科研人员共58人,具有博士学位43人,包括:博士导师19人,教授17人,研究员4人,副教授9人,副研究员6人,讲师6人,高级工程师6人。其中新晋升教授4人,新入职博士5人。在固定研究人员中,55岁以下的中青年学者占90%。

研究生培养

2014年度,共有17名博士生毕业,49名硕士生毕业。招生人数分别为18人和53人。

六、具备的科研条件与单位支持

“211”工程、“985”工程的设备经费的支持下,建立了完整的光学信息技术科学平台,仪器设备配套合理,运转状况良好。另外,我们学院计划明年开始陆续搬迁的南开大学新校区,实验室的各方面条件将进一步显著改善。

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七、开放交流与运行管理

学者交流和讲学

本年度,先后有6名国外专家来我室作访问交流和讲学。

来访人

来访时间

报告题目

Prof. XiaoweiSun

新加坡南洋理工大学

2014.09.28

quantum dot LED

Prof. Donna T. Strickland

OSA President

2014.07.01

Frontiers of optics Given by Dr. Strickland

Prof. XiongGong

University of Akron

2014.06.18

High Performance Polymer Photovoltaic Cells

Prof. Ming Han,

University of Nebraska-Lincoln

2014.05.16

Fiber-Optic Ultrasound Sensors and Transducers & High Temperature Sensors

Dr. JianpingZhou

2014.5.9

Ultrafast Laser Technologies and Their Applications

杨振寰教授

美国宾州州立大学

2014.04.17

1Neural Networks and Education: The art of leaning

2 The art of life &wisdom

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图为加拿大滑铁卢大学物理和天文系Donna Strickland博士, 前美国光学学会主席于201471日至8日应邀来南开大学讲授短学期课程。讲授专题为光学前沿(Frontiers of optics)。

本年度实验室固定人员出访情况

序列

出访国家

会议或学校

名称

时间

出访人

1

荷兰

29th EU-PVSEC

代尔夫特理工大学

2014.9.22-26

赵颖,张晓丹,侯国付,魏长春,陈新亮,刘伯飞,方家,白立沙

 

2

日本

世界光伏大会(WCPEC-6

2014.11.23-11.27

张晓丹,赵颖,张建军,倪建,任慧志,王烁,王奉友,马骏

开放课题

2014年度光学信息技术科学教育部重点实验室开放课题

  

负责人

负责人单位

协作者

课题名称

额度

2014KFKT001

耿鹏程

中国电子第四十六研究所

张伟刚

非对称多芯光敏光纤的制备与传感特性研究

1.5

2014KFKT002

杨广华

天津工业大学

任慧志

基于纳米硅氧材料新型硅基太阳电池的研究

1.5

2014KFKT003

刘丽辉

北京理工大学光电学院

张昊

基于偶氮材料的光纤回音壁模式功能器
件的理论与实验研究

1.5

2014KFKT004

李宗金

南开大学医学院

张磊

可用于荧光引导肿瘤切除术的新型上转换荧光纳米材料的研究

1.5

2014KFKT005

苗银萍

天津理工大学

刘波

气体填充Kagomé型光子晶体光纤的特性及调控技术研究

1.5

2014KFKT006

曾明

天津大学

王湘晖

利用三维偏振聚焦光场调控金纳米粒子远场二次谐波辐射模式的研究

1.5

2014KFKT007

朱竹青

南京师范大学

王晓雷

采用多角度全息成像技术对超快激光与微结构相互作用
动态过程的诊断研究

1.5

2014KFKT008

刘博文

天津大学

杨勇

高峰值功率的多芯光子晶体光纤飞秒激光放大系统的研究

1.5

2014KFKT009

李士玲

曲阜师范大学

王明伟

超快激光直写激光晶体光波导特性的研究

1.5

运行管理

实验室始终坚持在学术委员会指导和南开大学重点实验室指导委员会监管下的运行机制,于201411月召开了学术委员会年会,讨论了实验室的发展状况并指出了下一步努力的目标,审议并设立了以上9项开放课题。实验室坚持了大型设备使用情况与运行状态记录制度。

 

八、差距与今后工作目标

实验室存在的差距

1)国家重大需求:尽管这些年在几个主要研究方向上取得了一些成绩,并且研究水平得到一定成度提升,但与国家的重大需求还有差距;

2)研究队伍建设:研究队伍中,在国内外有重要影响的领军人物偏少;

3)合作与交流:大学的根本任务在于培养人才,教育部重点实验室应是高水平人才的培养基地,因此在人才培养方面与国际同类学科的交流与合作有待加强。

今后工作目标

1)光学是应用性很强的一门学科,今后将多强调应用研究和科研成果的转化,为国民经济、社会发展和国防建设提供关键技术。

2)争取更多国家级仪器专项、高新技术研究和科技攻关项目,高度重视原创性和具有自主知识产权课题的研究。

3)吸引国内外在光学信息技术科学方面的优秀研究人员特别是有发展潜力的青年人才到实验室来工作和进行交流。

4)寻求多方位、高水平的国内外学术交流,开展实质性的合作研究。

5利用2015年的新校区搬迁,实现科研平台资源建设的优化整合,改善目前实验室相对分散的状况,使实验室的整体科研条件与环境得到大幅提升。


九、审核意见

 

1、实验室负责人意见

 

实验室承诺所填内容属实,数据准确可靠。

 

 

 

数据审核人:          

实验室主任:          

(单位公章)

       

 

2、依托单位意见

依托单位年度考核意见:

 

     通过考核,下一步我校将继续在人财物方面对该实验室给予支持。

 

 

依托单位负责人签字:              

(单位公章)

       

图片关键词2014年度报告.doc