復旦大學光子晶體課題組長期聚焦光子晶體等微納光子材料的光場調控研究和針對微納材料和器件的先進光學量檢測技術的開發和應用，與上海復享光學股份有限公司合作在基礎創新、技術突破和產學研轉化方面取得了一系列成果。

一、項目分類

顯著效益成果轉化

二、成果簡介

當今，光，作為幾乎所有遠程探測的手段和信息傳播的媒介，對光的多維度測量分析和自由調控，既直接關系到未來信息收集、處理和傳輸的靈敏度和速率，也與先進微納制造的精度、效率和能耗等諸多國家核心技術的競爭力息息相關。

復旦大學光子晶體課題組長期聚焦光子晶體等微納光子材料的光場調控研究和針對微納材料和器件的先進光學量檢測技術的開發和應用，與上海復享光學股份有限公司合作在基礎創新、技術突破和產學研轉化方面取得了一系列成果。

在基礎創新方面：

①動量空間光學測量思想：光與微納結構的相互作用遵循頻率-動量色散關系，也被稱為光子能帶。在原理上，類似于半導體利用其電子能帶操控電子，光子晶體等微納光子材料也可以通過光子能帶操控光。而光子能帶的本質存在于動量空間。相比于已經商業化的可探測固體材料動量空間中復雜電子能帶的多維度角分辨光電子能譜設備，針對光子晶體等光子材料動量空間中光子能帶的多維度光譜測量技術和設備在全世界尚屬空白，亟需發展。團隊突破了傳統光譜測量思路，提出了從動量空間視角量檢測微納光子器件光學性能的思想。

②適合微納尺寸器件的動量空間成像技術：微納尺寸的測量依賴顯微鏡。但顯微技術在追求實空間分辨率的同時喪失了動量空間的分辨能力。此成果將傅里葉光學技術與顯微技術相融合，解決了動量空間成像的像差和色差問題，實現了實空間和動量空間的雙高分辨率。

③多維度光學信息提?。合辔缓推駪B是可供光子器件信息調制的新自由度。團隊將時域外差干涉技術延拓到具有顯微分辨能力的動量空間外插干涉技術，單次成像實現了在光波長尺寸內40毫弧度的相位測量精度。同時，建立了適合于動量空間成像測量技術的耦合模理論，實現了在非相干的白光照明下任意橢圓偏振態的測量。

④光學量測中國解決方案：處于芯片產業上游的微納制程光學量測環節，是芯片良品率控制的關鍵。在此關鍵領域，我國遠遠落后于國際先進水平。動量空間成像光譜技術所采集的多維度光譜信息富含微納結構的三維形貌信息。團隊提出并實現了基于動量空間成像光譜技術的全新光學微納制程量測新原理和新技術。該原理利用深度神經網絡構筑了微納米尺度結構與動量空間色散的構效關系和映射。同時，由于在所測量的色散關系中包含了冗余的結構信息，因此在實際技術應用中極大優化了量測逆問題中測量噪音帶來的病態問題。

⑤相關成果：團隊以通訊作者發表1篇Nat.Photon.，1篇Nat.Commun.，3篇PRL，4篇Light：Sci.&Appl.，1篇Sci.Bull.，1篇Light:Advanced Manufacturing等國內外高水平期刊論文。動量空間成像光譜技術使動量空間得以被直接實驗觀測，并成為發現新光場調控機制的眼睛。團隊利用此技術首次實驗揭示了動量空間中存在具有拓撲奇點的偏振場，提出了動量空間中光場調控的新思路，開辟了光子晶體在全偏振態、渦旋光束生成和光束位移操控方面的新應用。由于周期性光子晶體無幾何中心，因此不需光學對準，具有應用價值，成果被評為2020年度中國光學十大進展，入選ISI高被引論文。日本NTT首席科學家Notomi在Nat.Photon.上以"動量空間中的拓撲成真"為題對團隊工作進行專題報道，給予高度評價。

在技術突破方面：

①在國際上首次實現了廣譜符合阿貝正弦關系的動量空間成像光譜設備。其中動量分辨率小于1.7毫弧度，實空間分辨率小于600納米，相位分辨率小于40毫弧度，最大偏振度誤差小于1%，波長分辨率小于0.1納米。

②結合產業需求和動量空間成像光譜技術的優勢，提供了一系列產業問題的分析解決方案，包括利用動量空間偏振依賴的輻射分布量測發光分子三維取向分布和利用動量空間光子色散關系逆向量測微納結構納米精度的三維形貌等。實測結果達到亞納米分辨穩定性和98%以上的置信度，測量膜厚與計量認證厚度差異小于5埃。

③相關成果授權發明專利9項，在申請PCT國際專利2項。