图4 Pancake超构透镜成像系统 。 （a）传统成像工作距离为3h=2400m ， （b）空间压缩成像工作距离为h=800m 。
图5 (a)(c)(e)(g)(i)不同照明方式下不同物体的pancake超构透镜的成像结果 。 (b)(d)(f)(h)(j)不同照明方式下不同物体的普通超构透镜的成像结果 。
该工作巧妙得利用了超构表面偏振调控以及透反射同时调控的能力 ， 与平面反射镜结合进行了偏振空间的折叠 ， 有效的压缩了成像系统的工作距离 ， 同时克服了传统pancake系统能量分束的难题 ， 为高集成成像系统的开发提供了全新的方案 。 同时 ， 该pancake系统也演示了一种异于传统的光学腔 ， 它通过反射过程中的偏振转换可以固定光线在腔内反射三次 。 这一特殊效应也预示着超构表面能给光学腔的设计带来更多可能和新的物理效应 。
南开大学团队首次提出基于室温结晶钙钛矿半导体薄膜的超快响应人工突触器件
近日 ， 南开大学电子信息与光学工程学院光电子所徐文涛教授课题组联合李跃龙副教授课题组 ， 针对后摩尔时代关键器件能耗问题 ， 首次提出基于室温结晶钙钛矿半导体薄膜的超快响应人工突触器件并深入研究了其背后的载流子迁移动力学 。 该研究成果发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上 。
相较于传统硅基计算机 ， 得益于存-算一体的架构和分布式处理的逻辑 ， 人脑只需更低能耗便可解决相同的处理任务 。 因此 ， 类脑计算成为打破后摩尔时代瓶颈的最佳解决方案之一 ， 人工突触是类脑仿生系统组成和功能的基础单位器件 ， 其运行速度和能耗大小对系统性能有着举足轻重的影响 。
徐文涛教授团队和李跃龙副教授团队共同提出一种无需退火工艺的钙钛矿基柔性人工突触器件 ， 通过新的全室温结晶钙钛矿半导体有源层解决方案 ， 得到高质量00l取向钙钛矿薄膜 ， 规范了载流子迁移路径 ， 辅以钝化工艺 ， 进一步减小空位等缺陷密度 ， 成功打破了两端突触器件的最低能耗世界纪录 ， 实现了每次脉冲尖峰下13.5aJ（即不到一粒大米热量的1/1018）的超低能耗和高达4.17MHz的超快稳定响应频率 。
上图：a 理论预测室温钙钛矿中载流子的迁移路径；b DFT计算不同路径下I-空位迁移活化能；c 自研改装原位面电势测试装置；d ， e 离子迁移前后钙钛表面电势；f 突触器件兴奋性后电流；g 器件能耗可重复性验证；h ， i 与其他先进研究成果的对比；j 超高频率下的突触脉冲尖峰速率依赖可塑性(Spike-rate-dependent plasticity)研究 。
在成功实现塑性调节、逻辑运算、时空关联信息处理和关联学习等重要神经功能的基础上 ， 团队成功以此器件为信息处理核心 ， 构建了具有肌肉疲劳感知功能的神经肌肉系统（Neuromuscular System） ， 对外周神经反射弧修复再生、神经形态软体机器人以及物理智能（Physical Intelligence， PI）等领域发展具有重要意义 。
上图：神经肌肉系统示意图
南开大学团队关于片上太赫兹频率转换和调控的多项成果入选年度光学进展
日前 ， 美国光学学会（Optica 原OSA）会刊Optics & Photonics News在2022年度光学进展（Optics in 2022）中报道了南开大学吴强教授、陈志刚教授和许京军教授科研团队关于片上太赫兹频率转换和调控的一系列研究成果 。 本次入选的“芯片级太赫兹频率转换和调制”系列工作分别发表于Nature Communications（2021年5月）、Light: Science & Applications (2022年5月)以及Laser & Photonics Reviews（2021年5月）等国际著名学术期刊 。
基于高速数据传输的太赫兹片上通信 ， 可以实现未来的人工智能和云技术 。 而实现这些目标的一个关键性挑战是在紧凑的集成光子平台上实现太赫兹波的产生、传输、调控和检测 。 近年来 ， 南开大学团队发展了一种基于铌酸锂芯片的太赫兹集成平台 。 本次报道主要介绍其中的部分技术 ， 包括片上的频率转换和调谐技术 ， 该技术可以实现非常高效的非线性太赫兹频率转换、“冻结相位”太赫兹波的奇特相位匹配传输以及太赫兹波的动态拓扑调控 。 这些工作为太赫兹计算、成像和指纹检测等应用提供了多功能、稳定和高度集成的多功能太赫兹光子集成平台 。
几十年来 ， 研究人员一直在通过提高输入功率来寻求太赫兹频率下的高效非线性效应 。 然而 ， 尽管铌酸锂晶体在可见光或近红外波段有极其出色的非线性特性 ， 但芯片级非线性晶体的太赫兹波非线性频率转换效率仍然很低 。 为了有效增强太赫兹波非线性 ， 该团队提出了非线性黄昆方程 ， 以突出声子极化激元在增强太赫兹非线性效应中的独特作用 。 由于太赫兹波可以与大多数离子晶体中的光学声子共振 ， 它们可以通过在晶体中激发所产生受激声子极化激元 ， 从而直接将非线性极化场与离子极性联系起来 。 实验上 ， 他们利用声子极化激元在铌酸锂芯片中实现了巨大的太赫兹非线性频率转换 。 太赫兹差频产生的非线性极化率达到 10-6 m/V 左右 ， 比之前的报道结果高出约五个数量级 。
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