天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室介绍
Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology
一、目标定位
新一代光信息技术的领跑者及一流人才培养及输出基地。
二、研究内容及方向
实验室将信息处理技术方面的传统优势与超快光学、微纳光学、导波光学、太赫兹光子学等最新前沿技术融合，聚焦于通信与传感、光谱与成像及光场调控等研究方向，重点发展在飞秒超快、微纳尺度及太赫兹新频段条件下突破传统时间和空间尺度极限的新原理及新方法。具体研究方向包括：超快光学与光谱成像技术；微纳光学与分子光电器件；光纤光子学与光通信传感技术；光学成像与信息处理。
1、超快光学与光谱成像技术
此方向的研究目标是围绕光健康的应用需求，融合超快光子学、太赫兹技术和微结构人工材料前沿科技，开展大气污染光谱检测、太赫兹无损检测、生物光谱成像及生命医药材料光谱表征等新原理和新方法研究，突破现有产品的性能限制，提供先进光谱和成像技术。面向交叉研究需要，由具有超快光学、生物光子学、信息光学、材料、量子计算和化学等不同研究背景的教师组成该团队，获得天津市高层次创新创业团队（创新类）—先进太赫兹科学与技术研究、天津市重点领域创新团队—大气颗粒物污染防治支持。2016年团队获得天津市自然科学一等奖、2018年获得天津市专利奖优秀奖。入选南开大学“百名青年学科带头人”培养计划团队项目-太赫兹科学技术团队。
团队主持国家航天、国家重点研发计划、国家自然基金、天津市支撑和重点等国家和省部级项目30多项，在研项目合同经费近3000万元。主持中国第一台在轨有害气体检测装置研制工作，成果应用于天宫一号、天宫二号空间站；主持大气环境探测卫星全链路光学仿真项目，服务于环境监测卫星立项论证。同时，通过地校合作、科技援建方式与天津市公安局禁毒总队建立建立联合实验室，研制先进的太赫兹光谱仪和毒检仪，服务于海关的安检需要。团队围绕如何驾驭超快激光，提出了高达1014 W/cm2光强原位测量及调控新机制，为远至数百公里大气污染探测、激光通信等应用提供新原理；发现了太赫兹波空间强束缚新现象，进而实现1/40波长分辨率太赫兹超分辨成像；并构建全光驱动新型波荡器，获得世界领先水平太赫兹辐射转换效率，为早期癌症诊断提供新技术。
骨干教师：刘伟伟、林列、张杨、陈平、王晓雷、张楠、龚诚、孙陆
2、微纳光学与单分子光电器件研究
此方向的研究内容是基于微纳尺度下光与物质相互作用突破传统光学极限的新效应、新机理，针对生物医学光学、集成光电子学、原子及分子光学、光学信息获取与处理等重大应用，广泛开展微纳光子学器件的设计和加工、表面等离激元局域场调控、新型单分子光电器件、超分辨成像与高灵敏度分子光谱传感的前沿基础研究和应用研究。
表面等离激元是电磁场和金属中自由电子耦合形成的集体振荡，具备突破衍射极限的模式体积，能够实现纳米尺度的光子器件，并极大增强光与物质的相互作用，产生一系列突破传统光学极限的特殊效应，如电磁场增强、自发辐射增强、光学异常透射等。团队通过发展新理论、新方法，明确表面等离激元产生各种特殊光学效应的物理机制，实现表面等离激元局域场调控，开展微纳尺度光学传感及信息获取相关应用研究。利用单分子来构建功能光电子器件不仅可能满足器件微小化乃至高度集成的需求，而且可以研究材料在分子水平上的本征物理化学现象及其调控规律，是未来分子光电子器件研发的科学基础，是世界各国相互竞争的制高点。发展微纳光学与单分子器件的交叉研究，包括单分子电子器件的可控精准构筑新方法，发展具有超高时空分辨率的单分子行为检测和成像研究的关键技术，提升研究物质在单分子尺度上的新奇物理化学现象及其调控规律的能力，单分子突破时间极限的动态表征，利用微纳光学手段调控单分子器件特性，精准描绘物质转换和生命活动中单个事件的时空过程，为揭示单分子光电转化规律、化学反应的内在机理和生命本征现象提供新研究手段和谱学方法，为器件微小化发展提供核心技术。
团队承担了科技部973课题、国家自然科学基金项目、教育部、天津市等多项国家级和省部级项目，作为主要作者发表SCI论文200余篇，包括《Nature》、《Science》、《Chemical Reviews》、《Physical Review Letters》、《Advanced Materials》、《Nano Letters》、《ACS Nano》、《Optics Letters》等，取得了一批具有国际影响的研究成果。团队成员入选了国家优青，教育部新世纪优秀人才，天津市131创新型人才培养工程第一层次，南开大学百青；获天津市杰出青年基金，获得了法中科学及应用基金会Gilles Kahn奖，中国光学学会王大珩光学奖中青年科技人员光学奖，中国仪器仪表学会金国藩奖学金，天津青年科技奖等。
骨干教教师：刘海涛、向东、贾传成、杨勇、李珊珊
3、光纤光子学与光通信传感技术
自20世纪90年代起开始从事此方向的研究工作，是国内最早从事该方向的研究单位之一。此方向以掌握并驾驭光子成为信息科学与技术中优秀载子能力为研究目标，面向信息传输与处理领域的重大需求，进行导波介质中光子的运动和互作用规律，光波传播和与物质、物理场相互作用中的科学问题和基于光纤的重大应用中的技术问题研究。目前主要面向多维复用光通信和光传感、环境监测、授时等领域的重大需求，开展基于光纤的微纳结构、光场调控、激光及放大、智能信息处理等方面的应用基础及工程应用的研究工作。
该方向先后出色完成“国家科技攻关”、“国家973计划”、“国家863计划”、国家自然科学基金等80余项课题的研究，发表SCI索引论文数百篇，累计他引上万次，获国家发明和实用新型专利20余项，研究成果获天津市自然科学一等奖、天津市技术发明一等奖、教育部自然科学二等奖等6次，成果达到国际先进，国内领先水平。出版学术著作10余部，获国家教学成果二等奖1项，国家级精品课2门。该方向已培养出一大批光纤光子学领域的优秀领军人才（正高30+，杰青等国家级人才5+），正活跃在国内诸多高校、中科院及航空航天研究所。已入选天津市131创新型人才团队和天津市高层次创新创业团队。正在承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重点等国家级项目15项，省部及其他项目10余项，累计合同经费3600余万元。
骨干教师：刘艳格、张伟刚、林炜、刘海锋、刘晓颀
4、光学信息处理与显示成像
研究方向涵盖光学系统设计、三维成像技术、光学显示/显微成像技术及太赫兹微光学功能器件。在母国光院士等老一辈光学家的带领下，研究团队围绕光学信息处理的基础理论和前沿技术，先后承担了国家自然基金重点及面上、总参谋部、天津市重点攻关等多项国家和省部级项目，完成了一系列重大技术装备的研制任务。面向国家科技创新的新时代需求，研究团队努力传承，积极开拓，开展了包括微纳米光学功能器件设计与应用、三维信息获取与处理、自由曲面光学设计、计算光学成像、人工电磁结构的THz波调控机理和纳米材料的非线性光学特性等应用基础前沿研究，并针对生物医学和环境监测领域，重点开展生物组织层析成像技术、人眼视光学功能器件设计及临床应用技术、微光学器件光谱及传感技术、光片显微成像、空间目标望远探测等应用技术研究。
研究成果曾获国家发明二等奖、国家自然科学三等奖等多项国家和省部级奖项。近年来团队成员的研究成果在Physical Review Letters、Nanoscale、Applied Physics Letters、Optics Letters等高水平期刊上发表多篇成果论文。
骨干教师：赵星、梁艳梅、匡登峰、王湘晖、刘永基、程洁嵘、宋丽培
实验室人员
实验室目前有固定人员25人，包括国务院学科评议组成员1人，国家教学成果奖获得者1人，国家级人才3人，天津市高端人才4人，天津市高等学校教学名师1名、天津市有突出贡献专家2名，3人入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，5人入选南开大学“百名青年学科带头人”培养计划，拥有1个天津市高层次创新创业团队、1个天津市131创新型人才团队，1个天津市级教学团队。流动人员9人，包括国家级人才4人。
实验室主任为向东教授，副主任为刘艳格教授、张杨教授；学术委员会主任为徐红星院士。学术委员会成员包括：徐红星、仇旻、孙洪波、蔡阳健、刘建国、李朝晖、肖云峰、施可彬、赵颖、刘伟伟、向东。
