将深度学习作为动态算法嵌入到超表面结构中，使得超表面对于外界入射光的角度变化自动调节自身参数，实现动态自适应隐身。超材料独特的光学物理场调控能力，使得其可以作为一种光计算器件，克服电子计算功耗大和运算速度限制的问题。发展非线性超材料可以实现更为复杂的智能算法，实现更多场景下的光学计算，如复杂图像识别、光子计算机等。利用超表面器件代替传统的光学元件，通过控制分裂波束的偏振状态，实现了原子的冷却，这种方式在量子传感、量子计算等领域中具有潜在的应用价值。利用氧化铪制备得到了工作在深紫外光波段的超构表面，并实现了聚焦、自加速光速产生以及全息显示等功能，在光刻、成像、光谱学以及量子信息处理等方面具有重要的应用价值。将超透镜阵列和非线性晶体结合，可以在10×10的阵列上实现100个路径下的自发参量下转换双光子源，有望应用于高维量子纠缠以及双光子态的产生，这种基于超透镜阵列的高维多光子量子源具有紧凑、稳定以及可控性好等优势，为集成量子设备提供了一个新的平台。在非线性超材料器件小型化和集成化方面，使用亚波长介电谐振子以显著增强光-物质的相互作用的方法，在纳米级激光器、量子光子和传感器等领域有广泛的应用前景，为开发集成非线性纳米光子器件提供了一个平台。钙钛矿超表面中拓扑保护BIC全光开关原理，保证了微型激光从径向极化的环形光束到线性极化的旁瓣光的相互超快切换，BIC的极高品质因子能显著降低激光阈值，从而解决传统全光开关中超短切换时间与超低能耗之间的矛盾，有望成为最终实现光计算和量子计算的关键步骤。将超表面和神经网络集成，利用超表面对电磁波的滤波作用，提高了对物体特征参数的提取效率，加快图像识别训练过程和提高识别准确率。此外，可以将超材料和人工智能结合在图像识别、模式检测或者成像方面有所应用。网页链接//@光量子lqc: 导读
近日，深圳国际量子研究院的刘骏秋研究团队发展了一种新型的矢量光谱分析仪。该矢量光谱仪工作在光通讯波段，能够在55.1 THz的带宽范围内以471 kHz的频率分辨率对集成光学器件的复线性响应进行表征。该光谱仪还具备发射光谱采集和分析功能，能够对未知光源以3 MHz频率分辨率和56 dB动态范围进行光谱分析，指标超过已有商用光谱分析仪。该工作为当前发展高性能集成光芯片器件和系统提供了关键的表征支撑技术。
研究背景
通过对光的分析、对光在材料中传播行为的研究、以及利用光来传递信号，我们逐步建立起人类的现代化信息社会，尤其是光通信系统。人眼是我们每个人最熟悉、使用最熟练的光分析系统。对于不同频率的光，人眼感受到不同的颜色；同时，人眼通过视差判断物体的位置和距离。在现代科学发展中，光谱分析可能是人类发现和了解物质最有效的方法。例如，利用激光光谱技术，我们可以看到并精确表征原子的超精细能级，并基于此实现光原子钟，其准确性和稳定度均已达到10-19量级，可以对毫米尺度下的广义相对论引力膨胀效应进行直接测量；通过分析地外行星的发射光谱，我们可以获知其地壳和大气成分，判断其是否适宜人类迁徙和居住，甚至通过测量多普勒红移来推断行星的距离和历史；而对地下水样本的原子阱同位素痕量分析允许对样品精确定年，准确度远远超出碳14定年法。
随着光信息技术的发展，对宽带发射光谱（比如激光）和宽带光在光器件中的传播特性分析愈发重要。值得一提的是，近年来光芯片已经被用来实现复杂光信号的合成、处理和探测，并广泛应用于高速高容量光通信和数据中心。与此同时，随着光芯片上光传输损耗逐渐降低和片上非线性信号处理的手段越来越丰富，芯片集成的光频率梳、窄线宽激光器、行波光放大器、压缩量子光源等新型器件正在逐步发展成熟。这些进展，一方面正在积极推动光芯片在光微波生成、高容量相干光通信、集成光量子计算、天文光谱仪校准和光神经网络等领域的前沿应用，另一方面也对光芯片器件提出新的要求，尤其是器件对宽带光信号的精细频率响应和器件本身的色散性质调控。因此，一种能够兼具超大光学带宽、超高频率分辨率、大动态范围和相位分析能力的矢量光谱分析仪将有效推动光芯片在相关应用领域的低成本、大规模部署。
研究创新
深圳国际量子研究院的刘骏秋研究团队创新性地发展出一种基于扫频激光器的矢量光谱分析仪（VSA），其结构示意如图1所示。在该光谱仪中，级联扫频激光器提供了光通讯波段上55.1 THz（1260 - 1640 nm）的光谱覆盖范围。在扫频过程中，任意时刻激光器的发射光频率都可以通过一个色散标定过的光纤参考腔精确校准。利用该光谱仪，研究人员展示了对超低损耗氮化硅微环谐振腔的色散及相位响应的精确测量、对超长延迟线的损耗表征，以及芯片光频梳的光谱表征。最后，该光谱仪还可以协助扫频激光器实现扫频线性化，进而提升连续波调制相干激光雷达（FMCW LiDAR）的测距精度。网页链接