近日，山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心蔡阳健教授团队取得重要系列进展，研究成果相继在国际顶级期刊发表。其中《Nature Communications》2篇(中国科学院一区，影响因子14.7)，《Light: Science & Applications》1篇(中国科学院一区，影响因子20.6)，《Nano Letters》1篇(中国科学院一区，影响因子9.6)，相关研究工作获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金重大研究计划项目等资助。
蔡阳健,男，博士，山东师范大学副校长、物理与电子科学学院院长、教授、博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者、美国光学学会会士、全国百篇优秀博士学位论文获得者、德国洪堡基金获得者。2018年被聘为山东师范大学物理与电子科学学院院长，创立了山东师范大学光场调控及应用中心（http://www.gctk.sdnu.edu.cn/）, 担任山东省光场调控工程技术中心主任、山东省光学与光子器件技术重点实验室主任、山东省高等学校服务黄河流域生态保护和高质量发展光场调控及应用协同创新中心主任。长期从事光场调控及应用、光束传输与控制、光学成像、大气光学、微纳操控等研究。
山东师范大学光场调控及应用中心于2018年05月成立，中心依托于山东省光场调控工程技术研究中心、山东省光场多维调控及应用高等学校实验室、山东省高等学校服务黄河流域生态保护和高质量发展光场调控及应用协同创新中心、山东省光学与光子器件重点实验室和物理与电子科学学院。中心主任为国家杰出青年科学基金获得者、美国光学学会会士蔡阳健教授。中心现有600余平米的办公及会议场所，建设有300余平米光学超净间，购置有电子束曝光系统、飞秒激光加工系统、拉曼光谱检测系统、激光通讯系统、激光雷达系统及电子束蒸发镀膜系统等5000余万的大型实验设备。中心紧密结合国家重大需求及山东省新旧动能转换重大工程有限发展领域，主要开展光场调控及其在复杂环境光通讯、精密光学加工、激光雷达探测、光学成像等新一代信息技术中的应用。自成立以来，中心共承担各类项目100余项，其中国家级项目60余项。在Physics Review Letters、Laser & Photonics Reviews、Nano Letters、ACS Photonics、Optics Letters等权威期刊发表高水平论文300余篇，中心将坚持以协同创新为驱动，努力打造一个开放融合，在国内外有重要影响力的科研平台。
光学时空涡旋作为结构光一个迷人的分支，近年来得到了极大的关注和发展。该领域研究成果的激增源于时空涡旋光独特的属性：在时空域中的相位奇点以及横向光子轨道角动量。然而，目前的研究主要集中在基于时空高斯型波包的时空光学涡旋，并且在时空域中只有单个可控自由度的角向指数。此外，合成和操控具有更复杂时空拓扑结构的时空涡旋和结构光场的能力仍然是一个挑战。蔡阳健教授团队与合作者首次利用超快飞秒激光的时空光谱复调制技术实现了具有多自由度的时空波包的生成与模式转换，所产生的时空拉盖尔和厄米特波包作为波动方程的解具有正交完备性，奠定了未来时空结构光场调控的基础。该工作以“Spatiotemporal optical vortices with controllable radial and azimuthal quantum numbers”为题发表在《Nature Communications》。山东师范大学为第一署名单位，博士研究生刘欣为论文第一作者，蔡阳健教授和上海理工大学詹其文教授为论文通讯作者。
近年来，全介质结构中的准束缚态模式，因其能够实现超窄的共振线宽而被人们广泛关注。基于此，蔡阳健教授团队已在理论和实验上连续实现了各种超高时间相干、空间相干热辐射源。但是这些高品质因子谐振大多嵌入在特定模式的陡峭色散中，导致目前大部分热辐射源都向不同方向辐射不同的波长，也就是彩虹效应。开发无彩虹效应的热辐射器，可以结合红外透镜收集来大幅度提升输出功率，且不影响辐射的时间相干性，这是高相干热辐射源走向实用的关键一步。在本工作中，蔡阳健教授团队与合作者提出通过在大范围波矢内利用一种新颖的平带设计，实现了具有超高时间相干性同时消除彩虹效应的热辐射源。与之前具有高相干性但存在彩虹效应的热发射结果相比，该器件可以使用光学透镜收集整个结构面积大角度下同频率的热辐射输出，从而显著增强辐射强度并保持超高的Q因子。该工作以“Ultra-narrowband and rainbow-free mid-infrared thermal emitters enabled by a flat band design in distorted photonic lattices”为题发表在《Nature Communications》。山东师范大学为第一署名单位，博士研究生孙开礼为论文第一作者，韩张华教授和华东师范大学黄陆军教授为论文通讯作者。
传统的光学信息传输技术受限于庞大的光学系统，并且在光路中遭遇散射体或障碍物时，往往会出现信息损失或串扰的问题。为了解决这些问题，团队创新性提出了一种随机超表面并通过实验成功实现了利用设计超表面对光束相干长度和相干结构的同时操控。这一方法能够生成具有任意调制相干结构的部分相干光束，即使在传输过程中遭遇大面积遮挡，也能实现超鲁棒的光学信息传输和自重构。蔡阳健教授团队与合作者利用亚波长尺度的超表面，成功实现了对光场相干结构和相干长度的同时调控，并将任意图像的信息加载到相干结构中，实现图像信息的鲁棒传输。该工作以“Ultra-robust informational metasurfaces based on spatial coherence structures engineering”为题发表在《Light: Science & Applications》。山东师范大学为第一署名单位，第一作者为青年教师刘磊鑫博士，蔡阳健教授以及南开大学陈树琪教授和刘文玮副教授为论文通讯作者。
近年来，山东师范大学高度重视高质量科技成果产出，将“提质增量”作为科技工作的发展主线，大力鼓励和支持理工科学院科研教师在国内外高水平学术期刊发表高水平论文，产出高质量科研成果，极大地提升了科研人员的热情和创造力，在提升基础理论研究的原创性和产生突破性核心技术方面取得显著成效，是以科技创新助力学校“双一流”建设的有效举措。
信息来源：山东师范大学物理与电子科学学院
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