1. 项目介绍

光电子技术具有重要战略地位，是宽带光网络、卫星互联网、人工智能、万物智联等新一代信息技术的核心支撑，已成为国际竞争的新焦点和经济发展的新引擎。

目前，光电子技术正朝着光电融合方向快速发展，已显现出巨大的技术优势和应用潜力。光电融合是光电子和微电子技术的优势融合，补足光电子技术缺乏存储和处理功能的短板，突破微电子技术在速率和功耗两大瓶颈，成为应对信息技术“高速率”、“低功耗”和“智能化”挑战的必由之路。

该项目聚焦光电融合集成技术研究，研究多材料体系、多维结构、光芯片与电芯片的融合集成，以及多物理参数、多频段与多功能的融合调控，解决高效光电转换与多场协同调控、多维度多材料体系光电融合集成、超宽带多功能智能系统融合三个重大科学问题，实现光电融合基础理论创新方面实现重大突破，构建光电融合理论体系，形成交叉学科博士研究生培养新模式，培养交叉学科青年拔尖人才。

2.项目负责人及团队骨干

（1）祝宁华，中国科学院院士，南开大学教授，智能光子研究院院长。中国光学学会常务理事，中关村光电子集成产业联盟理事长，中国通信学会光电融合技术专业委员会主任。曾任中国科学院半导体研究所副所长（法定代表人），中国科学院雄安创新研究院筹建组组长，雄安创新研究院院长，国家863计划微电子与光电子主题专家，国家重点研发计划专项“光电子与微电子器件及集成”专家组组长。主要从事光电融合技术、光电子技术、微波光子技术等研究工作，在高速激光器芯片和模块研究、光生微波新机制、微波光子雷达等方面取得具有重要实用价值的创新成果，先后获国家技术发明二等奖2项、省部级一等奖5项，以及光华工程科技奖和中国科学院杰出成就奖（个人）等奖项。发表Nature Photonics等论文300余篇，出版著作5部，获授权发明专利200余项。培养硕士博士150余名，进入华为、中兴等企业以及国内著名研究院所、高校就业，成为光电子领域的中坚力量。

（2）朱厦，教授，南开大学智能光子研究院副院长，博士生导师，长期从事微波光子器件与技术研究，发表学术论文55篇，其中第一作者Nature Photonics封面论文1篇，及Advanced Functional Materials、Journal of Lightwave Technology, Optics Letters等第一作者和通讯作者学术论文33篇。担任天津市顶尖科学家工作室副主任，入选中国科协青年人才托举工程，中国通信学会光电融合专业技术委员会委员，作为项目负责人获批国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金项目，作为子课题/任务负责人承担国家重点研发计划和工信部高质量发展专项。培养硕士博士20余名。

（3）文花顺，南开大学教授，博士生导师，中国通信学会光电融合专业技术委员会委员，长期致力于光电融合信息处理集成芯片研究，面向国家重大需求，在基础理论突破和关键技术应用两个方面取得了系列性成果。在Science Advances、Light: Science & Applications等期刊发表SCI论文70余篇，在国际顶级会议OFC、CLEO等报告10余次，申请授权国家发明专利20余项，承担了工信部、国家重点研发计划、国家自然科学基金、JW科技委等项目10余项，技术成果被10余家世界顶尖科研单位采用，并与华为、光迅、旭创等国家重点科研单位开展应用合作。入选中国科学院特聘骨干岗位，获2022年中国通信学会科学技术奖二等奖。培养硕士博士20余名。

（4）范飞，南开大学电子信息与光学工程学院教授、博士生导师、副院长，天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室副主任，南开大学百名青年学术带头人。研究方向为太赫兹光谱与传感、微纳光子器件。主持国家和省部级科研项目10项，以第一或通讯作者在Nature Commun.、Optica、Opt-Elec Adv.、Adv. Func. Mater. 等光电类期刊上发表高水平SCI论文110余篇，荣获天津市自然科学二等奖2项（第一和第二完成人）、首批天津市青年科技人才、天津市青年人才托举工程等荣誉。培养硕士博士50余名，进入华为、中兴等企业以及国内著名研究院所、高校就业。

（5）王志，南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所教授，博士生导师。1998年和2001年分别在天津大学获工程力学与无线电技术专业双学士学位和固体力学硕士学位，2005年7月获南开大学光学专业理学博士学位。主要从事超快光纤激光器、非线性光纤光学、空分复用光纤通信器件、智能光子信息处理方面的研究工作。作为负责人先后主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金、天津市自然科学基金重点项目等，获天津市自然科学一等奖、二等奖各一项。培养硕士博士50余名，进入华为、中兴等企业以及国内著名研究院所、高校就业。

3.项目拟推进的多学科交叉研究方向

（1）光电融合智能频谱侦测。

围绕光电融合智能频谱侦察和探测中的交叉前沿科学问题，依托先进的芯片制作工艺和性能表征技术，重点发展高性能激光器芯片及其匹配电路技术、开发低功耗频谱侦测架构、建立智能算法处理分析模型，实现高精度、高分辨率频谱信息获取和处理，为项目提供关键技术支撑。本课题面向光电融合智能频谱侦测技术，旨在通过融合光电前沿工艺制造技术和人工智能算法，提升频谱侦测系统的灵敏度、准确度和实时性，解决当前技术在复杂动态环境中频谱感知的局限性。

（2）光电融合通信感知融合集成技术

围绕高速通信与精准感知一体化场景中的关键科学问题，重点发展光电融合技术推动系统架构创新与性能革命，突破高资源利用率的一体化波形设计、高集成度的融合架构开发以及低复杂度的处理算法创新等核心技术，实现高稳定、大容量、高精度的通感一体，为项目提供典型场景应用支撑。

（3）超低噪声片上光放大技术。

围绕超长距离卫星激光通信、深空探测对超低噪声片上光放大器的迫切需求，开展单片集成低噪声光放大功能材料与器件研究。研究基于三阶非线性效应的相位敏感光参量放大技术，发展光放大器噪声抑制方法，优化集成光波导设计，发展色散调控方法，攻克高增益光放大材料、低噪声光放大材料与结构、高带宽光放大材料与结构等关键技术，突破现有光放大器噪声系数瓶颈，设计并制备低噪声、高增益、高灵敏度的片上光放大器，完成光放大器的封装，并开展实验验证。

（4）极端时空光电探测与目标识别

围绕极端时空信息获取与识别中的交叉科学问题，重点发展新型光电探测和目标识别前沿交叉技术，实现多维度、高通量、极端时空信息获取，为项目提供关键技术支撑。按照多技术融合到新应用拓展的研究思路，融合超快光学技术与光纤光学和近场显微术，开发太赫兹近场光学显微技术、超快激光多模态远程感知技术、飞秒-皮秒-纳秒跨尺度时间分辨光谱技术等多种突破传统时间和空间尺度极限的光电感知新技术，应用于光电融合集成领域。

（5）多维跨尺度光场调控与智能感知

围绕物联系统与智能感知场景中的交叉前沿问题，重点发展从微波太赫兹到紫外波段的多维跨尺度光场调控机理，突破智能传输、感知与交互核心元件及网络系统，为项目提供系统集成技术支撑。它以光电磁功能材料为基础，将对称性破缺材料与人工对称性破缺微结构结合起来，实现高效、宽带THz多自由度独立调控、多电磁参量复用的多波段主动调控光场。以此理论研究为基础，针对无线通信、雷达、智能物联网络等应用中主动智能跳频、多信道切换、空间波束转向和回波隔离等功能，研制频率复用多波束主动转向器和多阶涡旋矢量波束生成器，发展对复杂光场的时空全矢量表征技术，实现器件性能演示。它既是光信息科学与材料科学的交叉学科前沿，又是独辟蹊径的研究角度和技术路径，有可能在这一领域催生出重大基础前沿创新成果，并可以解决一些卡脖子技术和难题，推动我国智能信息光子技术的发展。本课题是光电融合集成技术的有机组成部分，对完成本项目的总体目标和成果起到电磁调控理论基础、核心元器件和关键技术支撑。

4.创新点

（1）多维度物理参数调控理论

通过明晰片上光电融合集成的光电协同调控与高效高速转换机理，揭示空间、时间、幅度、波长、相位和偏振等多维物理参数下光场与电场的相互作用机理；通过探究多维度参数下光电等多物理场相互作用机制，建立微纳尺度下光电融合集成结构的物理模型，实现传统光电器件尺寸和性能极限的突破。

（2）多材料系统融合集成

研究大尺寸光电薄膜材料的可控生长技术，实现光电材料的厚度、结构及组分的精准控制以及大面积兼容生长；研究异质键合或外延生长等半导体异质集成技术，实现不同工艺节点的多材料融合；开展光电微纳结构图形化技术研究及装备研发，实现兼容III-V族、硅基、铌酸锂、氮化硅、二维材料等多材料体系的高均匀性微纳结构高精度加工。

（3）跨尺度光电功能结构集成

研究跨尺度光电等物理场相互作用机制，增强光电转换效率，同时降低高密度集成中的光、电、热串扰，实现光电多功能结构集成；研究波导低损耗机制与高效耦合机理，实现信号低损耗传输与高效耦合；研究通道间串扰的封装寄生参数提取技术，实现光电子阵列芯片的高效并行光耦合封装。

（4）先进光子探测与智能感知

研究新型光电探测和目标识别前沿交叉技术，实现多维度、高通量、极端时空信息获取，发展从微波太赫兹到紫外波段的多维跨尺度光场调控机理，突破智能传输、感知与交互核心元件及网络系统。

（5）智能光子场景应用

开展光电融合集成技术在高端科学仪器、新一代通感算存信息系统、人工智能与认知科学、智能康养与医疗等领域的应用示范。

5.预期科研与人才培养成果

（1）争取科研经费大于3000万元

（2）发表高水平论文不少于10篇，其中IF大于10论文2篇

（3）举办光电融合战略研讨会等学术会议至少2次

（4）省部级以上奖项至少1项

（5）出版教材至少1部

（6）邀请知名国际专家开设一门暑期国际课程或讲座至少2次

6.项目制研究生招生专业背景要求

光学工程、电子科学与技术、材料科学与工程、半导体集成电路等多个一流学科的交叉融合。

7.项目组联系方式

祝宁华，https://ioip.nankai.edu.cn/2024/1225/c36502a560525/page.htm

朱厦，https://ioip.nankai.edu.cn/2024/1225/c36502a560485/page.htm

文花顺，https://ioip.nankai.edu.cn/2024/1225/c36502a560485/page.htm

范飞，https://ceo.nankai.edu.cn/szll/xdgxyjs/ff.htm

王志，https://ceo.nankai.edu.cn/szll/xdgxyjs/wz.htm

联系人：文花顺，whs@nankai.edu.cn