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科研进展：全长波红外定向热辐射

热辐射是自然界普遍存在的物理现象，大部分物体的热辐射能量主要集中在8-14μm的长波红外光中。同时，8-14μm红外大气透过窗口对于红外探测器、辐射制冷和红外隐身等应用是至关重要的。一方面，通过多层光子晶体或者超材料可以实现覆盖长波红外的非定向的热辐射器。然而，这些热发射器缺乏方向性控制，在不需要的方向上会导致能量高损失。另一方面，通过二维材料、基于表面等离子体激元的超表面或者极性材料可以实现定向的热辐射器。然而，这些热辐射本质上是窄带的，无法覆盖整个长波红外大气窗口。因此，如何实现覆盖长波红外大气窗口的定向热辐射仍然是一个科学难题。李强教授课题组将电介质薄膜与近零介电常数材料（ENZ）的亚波长薄膜结合，利用法布里珀罗腔形成的级联的Berreman模式，实现了全长波红外大气窗口的定向热辐射（图1）。图1c为红外相机不同角度观察的定向热辐射器红外图像，在0°正向观察时其红外图像与铝板一样显示出低辐射特性，而在80°倾斜角度观察时其红外图像与黑体一样展示出高辐射特性。该辐射器具有三大显著特点，（a）高定向性：辐射能量集中在72°-82°方向上()，而在0°方向几乎不辐射能量()；（b）宽带特性：器件在整个长波红外大气窗口（8–14μm）都表现出定向热辐射特性；（c）大面积制备：器件的制备仅涉及薄膜沉积且其厚度只有1.91μm，它可以大面积地沉积在不同的柔性衬底上。研究成果在线发表于《LaserandPhotonicsReviews》期刊。图1全长波红外定向热辐射器件结构及其红外热辐射特性

科研进展：相干完美吸收热传导控制

对非厄米物理学的研究发现了在有损耗材料上操纵波散射的可能性。例如，基于相干完美吸收（CPA）效应可以实现全光控制。另一方面，用热量控制传热可能会赋予不同于使用热超材料的独特范式。然而，由于热不具有方向性，波散射中的几乎所有概念对于稳态热扩散都是不明确的，因此难以理解或利用任何相干效应。近日，浙江大学李鹰、陈红胜课题组联合新加坡国立大学仇成伟课题组、华中科技大学祝雪丰课题组，通过引入热场的模拟动量建立了热扩散散射理论，发现了光子学CPA的热学类比。与光子学对应物不同，通过选择恰当的热输入，热学CPA可以利用常规材料实现热透明。该理论在传热控制方面提供了强大的灵活性，并有望激发更广泛的对扩散过程的研究。研究成果在线发表于《NatureCommunications》期刊上。浙江大学信电学院李鹰研究员（排第一）和其课题组博士生祁铭鸿是论文的共同一作，浙江大学李鹰研究员（主通）、陈红胜教授和新加坡国立大学仇成伟教授为共同通讯作者。

科研进展：高性能硅基片上偏振光开关

硅基光电子凭借其超大透明窗口、超高集成度及CMOS工艺兼容等突出优势被认为是最具前景的集成光电子技术。由于硅光波导的高折射率差以及结构非对称，硅光器件往往具有非常显著偏振模色散及偏振相关性。针对这一问题，一种解决方法是引入起偏器、偏振旋转器、偏振分束器、偏振旋转分束器等高性能偏振调控器件，但目前大部分硅基偏振调控器件属于静态器件。因此，可实现偏振态灵活切换的片上偏振开关是一种极具吸引力的关键器件。针对上述挑战，戴道锌教授团队基于脊型硅光波导模式杂化机制，提出了一种基于偏振相关模式转换器的MZI偏振光开关新结构。该开关输入/输出端各引入一个偏振相关模式转换器，其原理是：基于脊型硅光波导模式杂化机制，利用锥形波导结构实现TM0-TE1模式转换以及TE0模绝热无损透过传输。进一步利用1×1MZI对TE0和TE1两个模式通过分束相移调控，从而实现两者的转换。特别地，在此1×1MZI创新性地引入了基于三芯波导超模演化原理的多模分/合束器设计。研制的硅基片上偏振光开关核心功能区域仅×40μm2，插入损耗~0.6dB、开关串扰在-nm波长范围内低于?19dB，具有结构紧凑、带宽大、串扰低、插损低等突出优点。该研究成果在线发表在《Nanophotonics》上。（赵伟科博士为第一作者）。以上工作获得了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学青年基金等项目支持。

科研进展：超越单模的低损耗硅光子波导螺旋中的高效四波混频

非线性硅基光子学在高速光信号处理、光参量放大、波长转换、脉冲整形以及光学频率梳的产生等方面因为其独特优势而极具吸引力，并且在过去几年获得成功的发展。对于大多数近红外通讯波段硅基非线性器件，其转化效率等性能主要受到硅波导线性传输损耗和非线性吸收的限制。而低损耗和紧凑的光波导是实现具有高效率的各种硅基非线性光子集成器件应用的关键，例如基于四波混频的波长转换、光参量放大以及光信号处理等。针对这一问题，戴道锌教授团队最近报道了极低损耗硅波导中实现高效率四波混频的最新研究成果。团队提出通过打破单模条件限制大幅度降低波导传输损耗来实现四波混频效率提升的新概念。论文基于耦合模理论对低损耗宽波导中的四波混频转化效率以及非线性品质因子做了详细的研究。通过引入锥形欧拉S弯曲的阿基米德螺旋波导获得超紧凑设计，设计的2μm宽硅光波导采用标准的硅光流片工艺制作，传输损耗低至~0.28dB/cm。在四波混频实验中，在2μm宽和20cm长的硅光子螺旋波导中实现了强四波混频效应，转换效率高达-8.52dB，并且在泵浦功率约为80mW的情况下产生了8个新波长，极大超越了同等情况下常规0.45μm单模硅波导的性能，也是目前相同条件下硅波导中连续光泵浦四波混频最好的效果。本文提出的超越单模限制的硅光子学为片上非线性光子学开辟了新途径，将为非线性光子学应用带来新机遇。相关成果表于《OpticsExpress》（博士生丁明飞为第一作者）。以上工作获得了国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大研究计划项目支持。超低损耗多模硅光子波导螺旋中的高效四波混频

科研进展：高带宽硅-氧化铟混合等离子体波导调制器

在集成光电子领域，硅基电光调制器是承担电-光信号转换功能的核心器件。尽管全硅基的电光调制器已经取得了长足的发展，人们仍然在寻求更强电光调制效应的功能材料并将其与硅材料进行混合集成，以实现更高性能的电光调制器。近年来，透明导电氧化物（Transparentconductiveoxides,TCOs）以其强于硅的等离子色散效应和随之而来的介电常数近零效应（Epsilon-near-zeroeffect,ENZeffect）引起了广泛

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