《Opto-Electronic Advances》热点论文速览（2025）

使用集成超表面对半导体光电子器件进行片上光控制

该文发表于《OptoElectronic Advances》2025年第8卷，文章编号240159，由郑州大学郑成龙、倪培楠（通讯作者），北京工业大学谢奕扬（通讯作者）及美国科罗拉多矿业大学Patrice Genevet（通讯作者）组成的团队撰写。核心内容聚焦于利用集成超表面实现半导体光电器件的片上光调控。研究系统综述了超表面与半导体激光器、发光器件（LED）、光电探测器及低维半导体（如石墨烯、过渡金属硫化物）集成的突破性进展：  

1.激光器调控：超表面通过等离子体或介质结构改善边发射激光器（EEL）的准直性（发散角降至2.4°），并在垂直腔面发射激光器（VCSEL）中实现动态偏振控制、涡旋光束生成及全息显示。  

2.LED增强：通过纳米结构电极或介质超表面提升发光方向性与偏振纯度，如钙钛矿LED准直效率提升57%，量子点LED实现定向偏振发射。  

3.光电探测器革新：利用超表面局域场增强效应（如等离子体共振、米氏共振）显著提高响应度（最高20倍），并实现波长选择性探测、轨道角动量（OAM）解析及全斯托克斯偏振成像。  

4.低维半导体操纵：超表面与石墨烯、二硫化钼等材料集成，可动态调制中红外/太赫兹光响应（调制深度90%）、增强非线性效应（二次谐波增益1140倍）及调控手性发光（圆二色性提升4倍）。  

超表面与半导体的单片集成提供了晶圆级、超紧凑的光操控平台，为下一代集成光电子系统（如LiDAR、量子通信、可穿戴显示）开辟了新路径。文末指出未来需突破高效制造技术与主动可调超表面等挑战。

DOI： 10.29026/oea.2025.240159

使用双目超透镜推进空间计算中的深度感知

本文摘自期刊《Opto-Electronic Advances》（光电进展）2025年第8期的文章《Advancing depth perception in spatial computing with binocular metalenses》（利用双目光学超透镜提升空间计算中的深度感知能力）。研究团队来自韩国浦项科技大学（POSTECH）的Junsuk Rho课题组，主要作者包括Junkyeong Park和Gyeongtae Kim。  

该研究针对空间计算和增强现实（AR）设备中传统深度感知系统笨重、高能耗的问题，提出了一种集成双目光学超透镜（binocular metalens）与深度学习算法的创新方案。核心突破包括：  

1. 超薄金属透镜设计：采用氮化镓（GaN）纳米柱阵列制成直径仅2.6mm、重量不足头发1%的光学超透镜，替代传统透镜实现轻量化；  

2. 智能深度映射算法：开发H-Net神经网络，通过"交叉像素-视图交互机制"（H-Module）精准提取场景边缘特征，有效解决低纹理区域的深度信息缺失问题；  

3. 实时性能验证：系统在透明物体（如印字塑料板）、复杂场景（建筑草图与玩具车组合）的测试中，准确区分12.5-17.3cm范围内的深度差异，处理速度低于0.15秒，满足AR、机器人导航等实时应用需求。  

 该技术为可穿戴设备提供了高精度、低功耗的深度感知新方案，推动了空间计算在医疗、自动驾驶等领域的实用化进程。

DOI： 10.29026/oea.2025.240267

基于超表面的一体化激光加工平台

文章出自Opto Electron Adv8, 250017 (2025)），由Mingbo Pu（中国科学院光电技术研究所）研究团队撰写的综述文章《Integrated laser processing platform based on metasurface》：

该文章系统评述了超表面（metasurface）在激光加工技术中的集成应用，强调其如何突破传统光学系统的体积大、成本高、灵活性差的局限。研究团队重点分析了三项前沿进展：  

1.多焦点超透镜（MFM）用于双光子聚合（MTPP）（Gao和Xiong等，Laser Photonics Rev.）：通过超表面替代传统复杂光学模块（分束器、扩束系统、物镜等），将系统体积缩小百万倍、重量减轻千倍，实现高均匀性多焦点并行加工，提升7倍加工效率（图1）。  

2.超临界透镜（SCL）用于直接激光写入（DLW）（Opto Electron Sci.）：在405nm紫外波段设计的铝氮化物超表面，相比传统菲涅尔透镜分辨率提升近10%（达480nm），并优化了旁瓣控制（图2a,b）。  

3.碳化硅（SiC）超透镜用于激光切割（Chen等，Adv. Mater.）：利用4HSiC的超高热稳定性，在高功率激光（15W,1030nm）照射下，热漂移仅传统物镜的6%，切割深度变化减少88.6%，显著提升长时间加工的稳定性（图2c,d）。  

  文章指出，超表面凭借亚波长像素、多维光场调控和高集成度特性，为激光加工（如3D光刻、切割、烧蚀等）提供了小型化、低成本、多功能的集成平台，在航空航天、光纤实验室、纳米机器人等领域具有颠覆性应用潜力。

DOI： 10.29026/oea.2025.250017

由形状记忆合金超材料制成的智能可重构超器件

（文章出自Opto Electron Adv8, 240109 (2025)），由Yuancheng Fan、Fuli Zhang、Yongzheng Wen、Ji Zhou（西北工业大学、清华大学）团队撰写的《Smart reconfigurable metadevices made of shape memory alloy metamaterials》

该研究提出并实验验证了一种基于钛镍形状记忆合金（TiNi SMA）的智能可重构超构器件，通过温度调控实现微波段类异常光学传输（EOTlike）行为的动态调谐。研究团队设计了两类器件：  

1.窄带模型（裂环谐振器SRR结构）：利用磁偶极共振，在4.69GHz处实现67.0%的透射率，带宽120MHz，最大增强因子达126倍（相对于无结构的亚波长孔径）。  

2.宽带模型（长棒结构）：基于电偶极共振，在4.64GHz处透射率达93.0%，带宽1010MHz。  

通过温度驱动SMA形变（55°C下角度θ变化>80°），两类器件均实现超过700 MHz的频率偏移和60%的透射率振幅调制（图23）。进一步，团队将窄带与宽带结构集成于单一器件（双频模型），通过独立热调控实现了多频点独立控制（图45），例如在4.24GHz（\(f_1\)）和5.29GHz（\(f_2\)）分别调制透射率（67.2%→10.6%与90.4%→7.6%）而不相互干扰。  

  该超构器件采用激光切割一步成型工艺，兼具小型化、高设计自由度和加工便捷性优势，为温度敏感型微波通信、传感及热机械耦合系统提供了新解决方案（如可调滤波器、温度监测等）。

DOI： 10.29026/oea.2025.240109

高频增强超快压缩主动摄影

（文章出自Opto Electron Adv8, 240180 (2025)），由Yu Lu、Feng Chen（西安交通大学）团队撰写的《Highfrequency enhanced ultrafast compressed active photography》

该研究提出高频增强压缩主动成像技术（HCAP），通过均匀化随机编码（Hcode）解决传统超快压缩成像（UCI）中随机编码（Rcode）因采样间隔不均导致的低频噪声淹没高频信息问题。研究团队设计新型Hcode（利用Void and Cluster算法优化像素分布），在2.5mm×2.5mm视场下实现：  

1.高保真静态重建：100帧时空间分辨率达8.98 lp/mm（Rcode仅6.4 lp/mm），重建保真度>0.84（帧数从40增至100时相关性仅降0.36%，而Rcode降2.8%）。  

2.优越动态捕捉能力：  

   观测CS₂中光学自聚焦效应，高斯拟合误差比Rcode降低50%，光束移动速度测量值（1.875×10⁸m/s）更接近理论值（图4）；  

   单次曝光记录硅表面双脉冲烧蚀的300 ps超快动态（220帧，成像速率0.74THz），清晰解析材料相变三阶段（反射率变化揭示熔融、导热、冷却过程，图5）。  

  该技术为不可重复超快过程（如激光物质相互作用、光场测量）提供了大帧数、高保真成像新方案，未来可通过拓宽光谱带宽进一步提升时间分辨率。

DOI： 10.29026/oea.2025.240180

具有物理嵌入式退化学习的增强型光声显微镜

（文章出自Opto Electron Adv8, 240189 (2025)），由Haigang Ma、Qian Chen、Chao Zuo（南京理工大学智能计算成像实验室）团队撰写的《Enhanced photoacoustic microscopy with physicsembedded degeneration learning》

该研究提出物理嵌入退化学习框架（PEDL），通过融合光声显微（PAM）物理模型与自注意力增强UNet网络，解决传统深度学习模型在PAM图像增强中存在的物理一致性缺失与泛化性不足问题。核心创新包括：  

1.物理退化模型构建：基于声学波束形成理论（RayleighSommerfeld衍射公式）和生物组织衰减特性，建立包含分辨率退化（式67）、噪声混合（高斯+瑞利+泊松噪声，式9）及深度补偿（式8）的合成数据生成机制（图12）。  

2.网络架构优化：  

   采用全局上下文（GC）自注意力模块增强血管结构感知（式11），结合多残差块提取多尺度特征（图2de）；  

   设计复合损失函数（MSE损失+感知损失，式1415），平衡像素精度与视觉保真度。  

3.性能验证：  

   仿真数据：在退化程度\(K=15\)时，PSNR从19.77 dB提升至26.60 dB，SSIM从0.54提升至0.85（表2）；强噪声下血管半高全宽（FWHM）从51μm恢复至31μm（图7）；  

   仿体实验：硅胶层模拟不同成像深度时，4层硅胶覆盖下血管FWHM改善60.4%（图8）；  

   活体小鼠脑成像：对比cGAN/UNet，PEDL的血管分支检出率提升20%以上，CNR/SNR加权指标最优（图10）。  

  PEDL克服了纯数据驱动方法的局限性，为不同深度、噪声和激光能量条件下的PAM图像提供了自适应增强解决方案，在血管生物学和神经科学成像中具应用潜力。 

DOI： 10.29026/oea.2025.240189

高效RGB消色差液晶衍射光学元件

本文摘自期刊《OptoElectronic Advances》（光电进展）2025年第8期的文章《Highefficiency RGB achromatic liquid crystal diffractive optical elements》（高效RGB消色差液晶衍射光学元件）。研究团队由中国上海交通大学（Yan Li团队）和美国中佛罗里达大学（ShinTson Wu团队）合作，主要作者包括Yuqiang Ding、Xiaojin Huang、Yongziyan Ma等。

该研究针对增强现实（AR）和虚拟现实（VR）显示中液晶PancharatnamBerry相位光学元件（PBOEs）的色差问题，提出了一种创新的多扭曲结构（multitwist structure）设计。通过优化多层液晶的扭曲角度和厚度，实现了窄带、高对比比的RGB（红/绿/蓝）PBOEs，有效消除了三原色的串扰和色差。实验表明：  

1. 所设计的窄带PBOEs在激光投影系统中显著抑制了色差，光学效率接近100%；  

2. 结合偏振光线追迹仿真，验证了该结构适用于任意RGB光源（如激光、量子点LED），设计自由度不受液晶材料双折射色散限制；  

3. 相较于传统宽带PBOEs或堆叠波片方案，新方法兼具高光学效率、低制备复杂度（更薄液晶层）和强兼容性，为轻量化AR/VR显示提供了关键技术支撑。

DOI： 10.29026/oea.2025.240181