在5G、物联网、虚拟现实、人工智能等新一代信息技术推动下，宽带化浪潮席卷全球，信息容量在过去十年中呈指数增长，光通信网络的带宽和能耗面临着巨大压力。电光调制器是实现信息光电转换的核心器件，也是突破带宽和能耗两大技术挑战的关键一环。大带宽、低功耗、低损耗、小型化的新型电光调制器芯片是全面取代传统铌酸锂晶体器件的变革性技术，是世界各国集中攻关的核心技术之一。

理解和操控电磁波散射是人类几千年来不懈追求的梦想。通过抑制物体的散射，使其显著降低甚至为零，可实现隐身衣，这在军事、航天和海洋等技术领域发挥重要作用；通过增强物体的散射，使其显著大于同等尺寸的其它物体，可实现超散射，这在生物传感、荧光成像和能量收集等领域有广泛应用前景。围绕电磁散射，该报告将系统地介绍我们团队在抑制散射（隐身衣）和增强散射（超散射）的理论、仿真及实验方面的研究工作。针对它们存在的频带窄、结构复杂、制备困难、工作模式固定等关键科学和应用难点，我们开展了基于微纳电磁材料和深度学习的智能电磁散射调控研究。

2006年，Leonhardt 与Pendry教授提出变换光学掀起了光学器件设计的研究热潮。同年，Leonhardt 教授提出将变换光学与四维时空度规结合，得到与弯曲时空等效的各向异性电磁材料，在光学系统中模拟广义相对论效应，这种方法得以广泛应用。2010年，我和李淼教授合作提出利用超构材料严格模拟Schwarzschild 黑洞光球附近的光线弯曲行为。最近，我们基于一个暗物质模型，模拟了光线在包围有该暗物质的Schwarzschild黑洞外部的轨迹，研究暗物质将如何影响黑洞阴影的大小。
上述材料具有各向异性电磁参数分布，实验中不易实现。因此，我们提出利用径向坐标变换，得到与弯曲空间等价的折射率渐变材料，模拟了de Sitter 空间、anti-de Sitter空间，Schwarzschild黑洞，并利用光线追踪软件Dr TIM模拟可视化的黑洞，充分展现了引力透镜效应和爱因斯坦环等宇宙学现象。同样地，特殊折射率分布的电介质也可以实现黑洞。张翔等人利用中心对称的折射率分布模拟了行星动力学和黑洞，我们采用保角变换光学，设计非中心对称折射率分布的双电磁黑洞，探究可能存在的双黑洞天体。

通常人们认为光子晶体中整数自旋空间群可完整描述电磁波的能带简并和拓扑结构。我们近期的研究工作发现，在普通的电介质光子晶体中也可能存在空间群无法解释的能带简并。如果各向异性介电张量的不同元素具有比晶格元胞更小的分数周期，则麦克斯韦方程可展现出超越空间群的隐藏对称性，此对称性保证了多条能带之间的拓扑节线始终会相交于一对三重简并点。这种被称为拓扑节线连结点的新型三重简并准粒子是动量空间中有别于狄拉克磁单极的一类新型磁单极子。利用三重简并点附近的特殊各向异性色散特征，研究发现该点处具有奇特的自旋1圆锥衍射效应，可实现最大拓扑荷为2的光涡旋态。

The conventional methods of creating superhydrophobic surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) devices are by conformally coating a nanolayer of hydrophobic materials on micro/nanostructured plasmonic substrates. However, the hydrophobic coating may partially block hot spots and therefore compromise Raman signals of analytes. Here, we report partial Leidenfrost evaporation-assisted approach for ultrasensitive SERS detection of low-concentration analytes in water droplets on hierarchical plasmonic micro/nanostructures, which are fabricated by implanting nanolaminated metal nanoantennas on carbon nanotubes-decorated Si micropillar arrays. In comparison with natural evaporation, partial Leidenfrost-assisted evaporation on the hierarchical surfaces can provide a levitating force to maintain the water-based analyte droplet in the Cassie-Wenzel hybrid state, i.e., a Janus droplet. By overcoming the diffusion limit in SERS measurements, the continuous shrinking circumferential rim of the droplet, which is in the Cassie state, towards the pinned central region of the droplet, which is in the Wenzel state, results in a fast concentration of dilute analyte molecules on a significantly reduced footprint within several minutes. We demonstrated that a partial Leidenfrost droplet on the hierarchical plasmonic surfaces can reduce the final deposition footprint of analytes by 3-4 orders of magnitude and enable ultrasensitive SERS detection of nanomolar analytes in an aqueous solution. In particular, this type of hierarchical plasmonic surfaces has densely packed intrinsic SERS-active hot spots that give rise to SERS enhancement factors exceeding 107. Partial Leidenfrost evaporation-assisted SERS sensing on hierarchical plasmonic micro/nanostructures provides a fast and ultrasensitive biochemical detection strategy without the need for additional surface modifications and chemical treatments.

光学薄膜是由高低折射率材料交替形成的一维层状结构，对电磁波具有极强的振幅调控能力，广泛应用于现代光学系统中。超表面是一种超薄的平面人工结构，可以局域地调控光和物质的相互作用，人们利用超表面实现了许多传统和新奇的光学现象。随着研究的深入，效率逐渐成为超表面实用化的瓶颈问题。报告将介绍课题组利用准三维亚波长结构实现高效率光波调控的研究，通过将超表面和薄膜结合形成准三维亚波长结构，可以有效增强和拓展其对电磁波的调控能力，实现高效率的光波调控，有望推进光频亚波长器件的实用化。

超表面是由亚波长人工单元在二维平面内周期或非周期排列构成的超薄平台，在调控电磁波方面展现了强大能力。本报告将介绍可对不同极化电磁波独立调控的各向异性可编程超表面。首先介绍一种各向异性的有源超表面单元，为了获得可编程超表面并实现多个复杂电磁功能，采用若干超表面单元进行组阵，该超表面阵列中包含多路独立控制接口。为了实现单块FPGA对包含多个独立控制接口的各向异性可编程超表面进行有效控制，设计并实现了扩展接口电路和直流电压转换电路。所设计的各向异性可编程超表面具有丰富的可编程特性，能够实现多种复杂电磁调控功能。

待定

厄密体系是绝大多数物理教科书知识所研究的范畴。然而，非厄密体系近年来成为了物理和光学的研究热点领域。故事起源于在具有宇称-时间反演对称(Parity-Time Symmetry)的非厄密系统中发现了类似厄密系统中的纯实数本征谱，这意味着在这种非厄密系统中存在没有能量增益和吸收的本征态，十分罕见。然而，这种能量守恒通常并不稳定，十分依赖于增益/吸收系数的大小，以及严格的全局对称性。在这个报告中，我将讨论非厄密体系的典型特征和潜在应用，并着重介绍一类具有稳定能量守恒的新型非厄密体系，我们称之为赝厄密系统。

当金属纳米结构具有亚纳米特征尺寸时，等离激元激发的远场和近场光学性质已经不能用经典电磁学理论来准确描述，需要考虑多种量子力学尺寸效应，包括金属导带电子的空间色散和溢出、相邻金属界面间的电子隧穿和电子输运现象等。本报告将介绍如何结合远场和近场光谱技术以及电子能量损失谱方法来探测四种典型等离激元光学系统在亚纳米特征尺寸下的多种量子尺寸效应，包括利用石墨烯表面增强拉曼光谱技术探测空间非局域对粗糙金属表面和金属颗粒-薄膜耦合纳腔中近场增强因子的限制效应，以及结合远场消光谱和近场拉曼增强技术来系统研究等离激元纳米分子结中的量子电荷输运现象。

本次报告介绍的非线性光学超构表面主要以金属等离激元共振单元或金属-介质复合体系为基础。等离激元超构材料的非线性响应由金属（金、银等）超构单元的宏观等效极化率和构成材料在微观尺度下的极化率所共同决定。利用局域表面等离激元共振，可以极大地增强超构功能基元附近的电磁场强度进而提高非线性光学过程的效率。由于局域电磁场强度对超构单元的几何形状极其敏感，因此，可以通过设计不同几何形状的超构功能基元来调控等离激元超构表面的非线性光学响应。除此之外，超构表面上的非线性光场的多自由度调控亦同样重要。
此次报告将主要介绍我们在非线性光学超构表面领域的研究进展。报告内容包括非线性光学中的对称性选择定则、非线性光学贝里几何相位、非线性光学中的自旋-轨道相互作用等。希望通过本次报告，能够让听众对非线性光学超构表面有全面的认识，并期待与大家探讨这一领域在光信息处理、精密测量等领域的潜在应用。

We demonstrate how a non-Hermitian exceptional point can be embedded into plasmonic metasurfaces to generate orbital angular momentum. Such an exceptional point can be revealed through a sharp orbital rotation in the far field, as a directly observable phenomenon of exceptional point. We expect a new generation of tunable plasmonic devices to take advantage of the huge sensitivity from exceptional points. We would also discuss how exceptional point dynamics involved with four wave mixing in a recent collaboration.

基于形变科学的剪纸和折纸技术近年来在科学界得到了广泛的重视，大到外太空飞行器太阳能帆板的展开，小至生物分子的剪裁和折叠。我们基于中国传统剪纸原理，实现了纳米尺度的片上、原位、立体剪纸技术，突破了传统自下而上（bottom-up）、自上而下（top-down）、自组装等纳米加工方法在几何形貌方面的局限，形成了一种新型的三维纳米制造技术，实现了可形变的超表面结构，研究了其手性产生和增强的新机制；进一步推动了新兴的微纳应变光电子学，即通过微纳结构的应变变形，来设计微纳光电子器件的崭新技术。相关研究可望为进一步开发和重塑现有材料的力、热、电、磁、光、声等特性提供一种简单而有效的技术方案。

柔性集成光子学可应用于可穿戴传感、高速信息通讯、生命健康等新兴领域。目前柔性集成光子还存在加工制备难、机械柔韧性有限、集成化程度低等难题。我们在报告中提出了一种简单、低成本、可以在柔性衬底上直接制备各种多层光子器件的集成技术；并提出新颖的纳米机械“多中性轴理论”，用以指导制备可弯曲、可折叠光子器件，实现器件在弯曲半径小至0.5毫米所受应力仍接近0；同时采用独特光学湾流结构设计，制备出了首个能连续拉伸数千次到41%拉伸度且无明显光学性能降低的单模波导器件；最后通过展示具有高光电和机械性能的柔性波导集成探测器，进一步展示了该技术作为一种通用混合集成方法在实现包括无源、有源器件的完整光电链路的重要性。

光波导阵列是光子集成与光学模拟研究的重要体系，一方面它可以高集成度地进行光信号传输，构建如波分复用、相控天线等功能，另一方面，它又可以模拟凝聚态物理中很多基本粒子的行为，为物理模拟提供很好的平台。本报告将针对波导阵列中耦合特性以及耦合序构的调控，介绍本研究组近期所实现的光子拓扑边界态、拓扑零模的耦合、非厄米对零模的恢复，以及由相关效应实现鲁棒性光耦合、光分束、超透镜成像、低串扰传输等光子集成功能。

当光强消失为零时伴生出的光学奇点现象，已经成为现代光学的一个重要分支。常见的光学奇点包括位相奇点、偏振奇点以及光波参量空间出现的奇点。围绕光学奇点出现的一系列丰富的物理现象包括Heaviside位相突变，拓扑稳定性等对现代光学的发展影响深远。本文，我们报道利用光学奇点Heaviside位相突变实现基于二维材料的超构表面，实现原子层厚度下的光场调控应用。同时，我们报道利用光学散射无极子的非线性调控及超分辨成像技术。

零折射率媒质中的等效空间波长趋近于无穷大，从而克服由光波段的短空间波长所带来的诸多局限，例如导波光学中波导的最小弯曲半径、非线性光学中的相位失配、量子光学中集体辐射效应的有限原子数目和空间范围。常规片上超构材料的零折射率模在光线之上，所以会产生面外辐射。BIC是虽然在光线之上，但仍会以无限高的Q值被限制在光子晶体平板中的模。针对零折射率模的面外辐射，我们利用基于谐振束缚的BIC和基于模式对称保护的BIC消除片上零折射率超构材料的面外辐射损耗。实验结果显示：基于谐振束缚BIC和基于模式对称保护BIC的超构材料在零折射率波长附近的Q值分别为2.6×103和7.8×103，比现有片上超构材料提高了一个数量级。

近年来，微纳结构与自由电子相互作用呈现出很多有意思的物理现象，为突破自由电子产生辐射的限制条件、拓展辐射频率、调控辐射空间相位分布等特性，进而为实现不同波段、小型化/集成化自由电子辐射芯片提供了可能。本报告介绍以下研究工作：（1）双曲超材料中的无阈值切伦科夫辐射，如何解决了低能量电子无法产生切伦科夫辐射这一难题，同时首次实现全片上集成的自由电子光源；（2）自由电子和纳米狭缝光栅结构的相互作用，实现深紫外波段Smith-Purcell辐射，并实现波长范围覆盖λ0=240nm-1100nm的输出；（3）自由电子与平面全息光栅相互作用产生涡旋Smith-Purcell辐射的理论研究结果。

Metamaterial is a kind of artificially structured materials, whose optical or mechanical responses are controlled by the geometry of its subwavelength building blocks rather than its chemical composition. As two-dimensional counterparts of metamaterials, metasurfaces offer fascinating possibilities of controlling light with surface-confined flat components, allowing a broad scope of potential applications, ranging from imaging, hologram, beam steering etc. However, the lack of efficient tunability due to the fixed conductivity of noble metal or permittivity of dielectrics is one of the key limitations holding back fundamental advances and novel applications for metasurfaces. In this talk, I will introduce a distinct class of active, tunable, and nonlinear metasurfaces that enables a number of novel applications including super-resolution imaging, 1D hologram, and active modulation of digital surface waves.

光反射是一个基本物理现象，光的有效反射机制包括全内反射、金属反射和布拉格反射，这些反射机制是构建和操控光场的基础。我们实验中发现了一种基于拓扑能带反转的光反射新机制，并基于此实现了一种高性能的拓扑体态激光器，将拓扑态的利用由拓扑边缘态扩展至拓扑体态。

本报告中，我们将介绍具有高表面态密度的金属等离激元或介电声子激元在近场热辐射中的增强作用及其应用前景，特别是近期实验方面的进展汇报。近场下，由于倏逝波的隧穿作用，热光子的辐射与能量传递效率相对于远场会有指数式极大增强，对辐射与接收表面的光学结构设计会进一步提高光子跃迁能力。报告中我们将主要讨论如何利用石墨烯等离激元效应以及人工双曲材料薄膜来构造高态密度界面，实验上来获得远大于黑体的高能量辐射与传递功率，探讨它在近场热光伏、辐射制冷以及近场热整流器件上的应用前景，我们也将从理论上简要分析介电系数非局域修正对近场辐射传热上的影响规律。

铌酸锂集倍频、电光和光折变等非线性光学效应于一体，是综合性能最为优良的光学晶体之一，被誉为光学硅，是研究非线性光学的模型晶体，已经表现出巨大的实用价值。开展铌酸锂微纳结构中光场调控效应及其非线性特性的研究，是构建下一代光子集成芯片与光信息处理系统的基础，对于产生新型的非线性微纳光子学器件具有重要意义，已经成为微纳光子学的前沿热点问题之一。本报告将介绍我们在铌酸锂超构表面的设计、制备及非线性特性等方面的研究结果。

Integrated quantum photonics has attracted intensive attention due to the compactness, scalability, and stability. To build a universal quantum computer, an essential early step is to realizing the so-called controlled-NOT (CNOT) gate. We firstly propose and demonstrate a super-compact integrated quantum CNOT gate on a silicon chip by using the idea of symmetry breaking of a 6-channel waveguide superlattice. Then we demonstrate a compact transverse-mode encoded quantum controlled-NOT (CNOT) gate. Our work offers the possibility of realizing practical large-scale quantum information process and paving the way to the applications across the fundamental science and the quantum technologies.

近年来，利用光学结构特殊的物理效应，实现光学模拟运算吸引了大批学者的兴趣和关注。本报告主要介绍基于金属表面等离激元和光学自旋霍尔效应的空间光场微分器。它们分别能够在光的反射过程中，实时地对光场的空间分布进行微分模拟运算。与传统傅里叶光学不同，这些技术无需宏观尺寸的透镜，易于与光电器件集成，为光信息处理提供了一种全新方法，并有望在高速、大通量图像处理、机器视觉、并行计算等领域有重要的应用。

近年来, 超构材料迎来了极为快速的发展, 由于具有超越于传统材料的物理特性, 它在物理学多个领域中大放光彩。尤其是超构材料具有将光和电磁辐射耦合到亚波长尺度的能力, 满足了高速发展的现代科学技术对光学元器件的高性能、微型化以及集成化的新要求. 因此, 基于超构材料的光子芯片带来很多令人鼓舞的应用. 更有意思的是, 超构材料光子芯片还可以用来模拟一些广义相对论的现象, 尤其是探索一些尚未被实验证实的与引力相关的现象. 在报告中，我将简要介绍不同类型的超构材料芯片上模拟的类比引力的现象，最后着重介绍耦合波导阵列这种光子芯片模拟研究黑洞附近玻色子和费米子的量子演化，以及纠缠光子对在加速坐标系演化特性。

随着社会进入移动互联时代，基于高频的光子和光电子芯片也遵循电子芯片的摩尔定律快速增长。与之相伴，针对芯片中关键光子材料的光学性能的分析检测需求也快速增加。由于片上光学材料具有尺寸小、光学性能衡量维度高、指标多（例如频率，偏振、传播常数或动量和相位分布）等特点，传统的仅仅具有频率或波长分辨能力的光学分析检测手段不能满足时代发展的要求。当前，全维度对光学性能特别是高频光场的分析检测技术匮乏，整个领域主要依赖于计算机的全波模拟仿真，极大的限制了量产的可行性和产业的发展。
本报告将介绍复旦大学光子晶体课题组近年在动量空间成像系统方面的研发与产业化相关的工作，包括动量空间成像光谱系统的研制；其在光子色散、模式寿命、空间相干性、偏振态和相位分布等方面的量测性能；典型的科学研究与产业应用等。

微纳激光是一种腔体尺寸在微米和亚微米量级的激光器。近年来，随着多种材料体系中微纳激光的发现，人们开始对其实际应用进行探索。本报告中，结合课题组近年来在微纳激光方面的进展，将和大家一起研讨一下微纳激光在纳米颗粒传感、无散斑照明以及超分辨成像等方面的应用前景及制约。

在实际器件的界面中，不同深处的结构对界面特性和功能的影响有显著差别。因此，发展可将界面结构分层表征的表面非线性光谱理论和技术，是原位探索界面结构和能量转移微观机制的关键。基于表层和深层分子的非线性响应对光波矢依赖性的本征差异，我们提出了通过界面层间干涉获取界面相位信息，进而发展了界面结构的层析理论方法和实验方案，突破了过去无法将有限厚度界面的表层与深层结构分离表征的瓶颈，首次在实验上获得了直接参与界面物质、能量交换的表层分子的微观结构。我们将该技术应用于实际新型能源界面，即柔性发电器件界面和可燃冰界面，理清了该界面能量转化和存储的微观机理，进而提出了改善效率的解决方案。

The honeycomb lattice was one of the most famous structure for the studying of various topological physics, for example, the Dirac cone in graphene, Valley Hall effect, Haldane model and so on. In this talk, we show that, by adding topological defects into honeycomb lattice with sublattice symmetry breaking, there will generate a lattice disclination that acts like a domain wall and hosts topological edge states. Unlike previous topological waveguides, the disclination forms an open arc and functions as a free-form waveguide connecting a pair of topological defects. Besides the topological defects, we will also show the interesting phenomenon non-Hermitian honeycomb lattice. Previous works have shown the Dirac point or Weyl points will split into exceptional points or exceptional rings when introducing the gain and loss. Here we propose that these diabolic points can still exist when a pair of symmetries preserved. The non-Hermitian term then can behave as “strain engineering”, and tune topological phase transition.

昆虫的优异的成像和传感能力让它们可以逃离人类的手掌。其主要原因就是昆虫的复眼可以实现光场成像得到多通道光信息。人们曾试图用微透镜阵列相机来模拟复眼光学系统，但由于透镜孔径大、球差大、固有色差以及商用微透镜的缺陷，严重阻碍了复眼光学系统的发展。我们设计并制作了用于全彩宽带光学成像的GaN谐振纳米天线的消色差元透镜阵列，通过对光场图像的重组，可以重建光场。通过计算相邻元透镜的视差，可以得到目标的深度信息。基于这种三维成像技术，我们进一步设计了一个大色散金属阵列，在相同水平焦距的不同垂直焦点上聚焦不同波长。这种金属阵列同时具有成像和色散特性，使得光场成像和光谱分析同时进行，从而实现了4D成像。

Plasmonic nanostructures can be used as nanoscale heat sources under light illumination. The heat generation leads to the increase of local temperature and thus the change of permittivities of both plasmonic metals and surrounding dielectric media due to the thermo-optic effect. In this talk, I will present our research on using the photothermal properties of silver nanowires to modulate propagating surface plasmons and using gold nanorods with tunable surface plasmon resonances to demonstrate resonant scattering enhanced photothermal imaging.

Light-induced Lorentz force can push or “trap” (confining) nanometer to micrometer sized particles. Such “optical tweezers” technique was awarded the 2018 Nobel Prize in Physics. In 2011, we theoretically proposed a completely unexpected third function, now called optical pulling or optical tractor beam. It offers the ability to pull particle against light propagation. It has attracted significant interest, not just from the scientific community, but also the general public. Yet, its limited microscopic range restricts its applicability: a long-ranged beam cannot pull.
Recently, by using a cocktail of independent yet compatible mechanisms, we proposed a novel way to achieve optical pulling for a macroscopic range. Further development of the technique suggests that pulling range may in principle reach tens or even hundreds of meters.

Photonic crystal slabs are two-dimensional periodic dielectric structures that exhibit band gaps for in-plane propagation while confine light in the third dimension. Inside the light cone, the modes guided in the photonic crystal slabs will interact with the modes of free space and become guided resonance modes. In this talk I will introduce some interesting functionalities of such guided resonance modes. This talk comprises two major parts. In the first part I will show that, by carefully engineering the dispersion of the guided resonance modes, we can perform image differentiation in the transmission side. This thus offers the possibility of high-throughput low-energy-consumption image operation with a compact device [1]. In the second part, I will show that guided resonance modes also exhibit topological features. It can be utilized to achieve complete polarization conversion between the incident light and the outgoing light [2,3]. Interestingly, such an effect has a topological origin which guarantees it to be a broad band effect. Meanwhile, it can also exhibit fancy spin texture in the momentum space near a valley [4].
[1] C. Guo, M. Xiao, M. Minkov, Y. Shi, and S. Fan, Optica 5, 251 (2018).
[2] Y. Guo, M. Xiao, and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 119, 167401 (2017).
[3] Y. Guo, M. Xiao, Y. Zhou, and S. Fan, ‎Adv. Opt. Mater 7, 1801453 (2019).
[4] C. Guo, M. Xiao, Y. Guo, L. Yuan, and S. Fan, Phys. Rev. Lett. 124, 106103 (2020).

超构表面结构是人工设计的亚波长厚度的单层结构，能够灵活的控制光的振幅，相位和偏振。基于高效率介质超构表面对于光场的多维度调控，它们被广泛应用于纳米器件的研究，实现了平面透镜、彩色显示和信息加密等优异功能。本报告将围绕我们近年来开发的可见光介质超构表面及其应用展开。先介绍利用硅超构表面实现近完美的结构色。其次，基于二氧化钛超构表面调控光场振幅和相位，我们实现了各种高效的动态全彩显示和平面透镜及系统。最后基于钙钛矿超构表面特殊调控光场能力，实现基于超构表面图像变换和多光子荧光的光信息加密技术。

利用人工微结构在微纳尺度进行光场偏振态和相位的精密操纵已经成为当前研究热点。本报告中我们将汇报近年来在多种波长开展的一系列利用立体人工微结构进行光场偏振态和相位操纵的工作。我们在工作中探索了各种三维立体微结构的制备方法以及利用其调控光偏振和相位的物理机制，提出了多波干涉、相位共轭等物理方法获得低损耗、宽带宽，多自由度、多通道的操纵方案。我们提出的立体设计方案将有望为微纳光子学、光子集成电路、光成像等提供科学思路。

超表面是由许多亚波长纳米结构单元组成的二维功能性平面结构，其具有超薄、重量轻以及卓越的光学操控能力等特点。近些年，对比基于金属结构的等离子体超表面，全介质超表面由于优异的波前调控性能以及极低的损耗而受到人们的广泛关注。在本报告中，我将针对团队近来在光频段高效介质超表面光场调控方面的一系列研究进展做简单介绍，以期为未来超表面应用器件的发展提供一些有价值的前期指导。

我们研究了动态调制下光学谐振腔系统，并将光的频率自由度给主动耦合在一起，构建了人工合成频率维度。在结合该频率维度的合成空间中，通过动态调制，可以产生作用于光子的等效规范场，从而能够实现包括拓扑边界态等一系列物理现象。此外，我们发现可以结合光的两个独立的自由度，在单个光学谐振腔中搭建二维空间，并实现等效磁流。我们从理论出发，研究了合成空间中的各类光学效应；在实验上对人工合成频率维度进行了验证，并在单个光学腔中搭建了两个独立合成维度。我们发现，合成维度不仅能使人们在空间上操控光子，更能在合成维度上控制光子在其自由度上的转换。此外，合成频率维度概念也为在简单光学结构中去研究复杂物理现象提供了新思路。

铌酸锂晶体由于其优良的电光、非线性光学等性质而受到广泛的关注，尤其是近年来随着铌酸锂单晶薄膜制备技术的发展，许多铌酸锂微结构器件如微腔、波导、电光调制器、频率梳器件以及铌酸锂超表面等被成功制备出来，因而，铌酸锂被认为是一种重要的集成光子学基材之一。在本报告中，我们将报导基于铌酸锂晶体的几种纳米畴结构，如纳米点畴、纳米线畴及其光电性质。

金属表面等离激元是光与金属表面自由电子集体振荡耦合的一种准粒子，兼具亚波长信息传输和纳米尺度能量捕获的双重功能。作为信息和能量载体，等离激元光吸收及光热效应近年来引起了光子学、材料科学、生物医学、催化能源等多学科的研究兴趣。本报告主要介绍课题组近几年在金属微纳结构与材料中的等离激元光频损耗调控及光热转换方面取得的系列成果，包括共振型等离激元超宽带光吸收体、等离激元增强的界面太阳能海水淡化、通讯波段低损耗的等离激元微纳光子器件、电学可重构的近红外超构材料与光谱调控等。