光电技术

200公里单光子三维成像

中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎等实现超过200公里的远距离单光子三维成像，将成像距离从10公里突破到百公里量级，在远距离目标识别、对地观测等领域开辟了新应用。相关成果发表于Optica。如何实现远距离单光子成像雷达是该领域的研究热点。研究团队搭建了全新的单光子雷达系统，并对整套光学系统进行光学镀膜（系统透过率提高2倍）等。基于此单光子雷达系统，研究人员于2020年1月在新疆的高山上对百公里外的多个目标进行三维成像，并测试了单光子计算成像算法，结果显示该系统可以在200公里范围内进行精确的三维成像，成像灵敏度达到单像素单光子。

201.5km成像结果：（a）可见光相机图；（b）算法重构结果图；（c）重构结果立体视图。（图片来源于中国科学技术大学网站）

单光子成像实验装置图：(a)201.5km外目标的可见光相机图；(b)光学系统示意图；(c)实验装置实物；(d)实验场地图。（图片来源于中国科学技术大学网站）

拓扑光子学研究进展

南开大学物理科学学院、泰达应用物理研究院陈志刚、许京军等与国际同行建立了一个非线性非厄米拓扑光子学平台，实现了利用非线性在光学体系对宇称时间对称性和非厄米拓扑态的调控。相关成果发表于Science。研究人员利用自主研发的连续激光直写技术，在非线性晶体中制备了非厄米拓扑光子晶格，实现了非线性对宇称时间对称性与非厄米拓扑态的调控，理论上揭示了非线性效应对非厄米体系中奇异点的影响，以及拓扑态接近奇异点时敏感性和鲁棒性的拮抗效应。结果预示，局部非线性效应可以影响和改变系统的整体PT对称性，可以引起拓扑态的产生和消失，以及对非厄米奇异点的动态调控。

基于轴向单分子定位成像研制新型干涉定位显微镜

中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟课题组提出了一种轴向单分子定位成像新技术，并据此研制出新型干涉定位显微镜（ROSE-Z），把单分子定位成像的轴向分辨率提升到了纳米尺度。相关成果发表于Nature Methods。ROSE-Z显微镜成功实现了对细胞内微管直径约40～50nm中空结构的解析。这种三维解析能力是现有柱面镜成像方法所无法实现的。同时团队在ROSE-Z显微镜的基础上扩展了多色成像，以及厚样品成像功能，对细胞样品进行了纳米精度三维双色成像，并验证了细胞厚样品成像能力。这些结果证明该方法在具备优异的轴向分辨率的同时，也具备很高的可扩展性及操作便捷性。

可重构矩形光学滤波器研究

中国科学院上海光学精密机械研究所空间信息传输与探测技术重点实验室应康等基于高精度光栅局域温度控制技术，成功实现滤波带宽、中心波长可调的矩形光学滤波器研制。相关成果发表于Optics Express。随着微波光子信道化领域的迅速发展，高性能光学滤波器广泛应用于载波激光的精细化信道选择，其中滤波器的性能直接决定了系统的信噪比和最大通信容量。通过高精度光栅局域温度的控制和调谐，实现光纤光栅栅区局域相移的精细调控，最终基于多相移光纤光栅矩形滤波响应，实现了窄带宽矩形光学滤波器的研制；并通过局域相移位置和相移位置的精细调谐，实现了滤波器带宽70MHz-1050MHz、中心波长22GHz范围的调谐。

植物可穿戴茎流传感器

浙江大学生物系统工程与食品科学学院IBE团队刘湘江、应义斌，信息与电子工程学院汪小知和农业与生物技术学院胡仲远，为植物联合发明一款穿戴式“电子皮肤”。相关成果发表于Advanced Science。这种植物可穿戴茎流传感器，通过将柔性穿戴电子技术应用到植物体表，成功在自然生长状态下，持续监测草本植物体内水分的动态传输和分配过程。科研人员在西瓜茎秆上几个关键位点部署了茎流传感器，长期无损地观察了水分在西瓜叶片、果实、茎秆等不同器官上的动态分配情况。通过对茎流数据的分析，研究团队首次发现了西瓜果实生长与光合作用不同步的现象。

成熟期西瓜昼夜茎流变化和水分分配规律（图片来源于浙江大学求是新闻网）

植物可穿戴茎流传感器（图片来源于浙江大学求是新闻网）

微纳电子高端芯片研究进展

北京大学黄如院士-叶乐副教授课题组与浙江省北大信息技术高等研究院、浙江大学、上海芯翼信息科技有限公司合作，研发了一款基于异步脉冲特征提取和卷积神经网络的148nW通用事件驱动AIoT智能唤醒芯片。相关成果发表于国际固态电路峰会ISSCC。面向智能物联网（AIoT）对低功耗唤醒芯片的迫切需求，研究人员研制了一颗国际上功耗最低的通用型AIoT唤醒芯片，长时待命（on-call waiting for events）功耗仅148nW，可供5mm纽扣电池（2mAh）使用5年，芯片演示应用结果显示，语音关键词识别率达94%、异常心电图识别率达99%。

摩擦纳米发电理论研究进展

上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系杨卓青研究员团队与中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队合作，把摩擦纳米发电理论延伸到有磁性的材料中。相关成果发表于Advanced Energy Materials。研究表明，除了极化效应，磁化效应也可以对摩擦纳米发电机的输出产生重要影响，这是从摩擦纳米发电机诞生以来，首次发现磁效应对其输出特性的贡献。论文还在实验上研制了基于铁磁介质的单电极TENG，表明基于铁磁电极TENG的电学输出要明显高于基于非铁磁电极TENG。研究结果表明TENG的输出行为与外部磁场环境密切相关，从而进一步验证了所提出的TENG相关理论分析。

原位电镜技术成像发现NaCl成核结晶的非经典路径

中国科学院物理研究所王立芬、白雪冬，剑桥大学Stephen Cox，北京大学刘磊等合作，揭示了衬底的范德瓦尔斯外延作用作为一种非经典成核结晶动力学调控因素已经拓宽到盐类结晶，并为形貌调控、发现新型暂稳相、非稳相等提供了新的思路。相关成果发表于Physical Review Letters。基于原位电镜石墨烯液相反应池技术，结合第一性原理计算和分子动力学模拟，原位观察到NaCl在石墨烯纳米微腔中有别于传统认知的微观成核结晶路径。在透射电镜中原位观察NaCl成核结晶的原子过程中发现，有别于以往常见的立方晶粒，六角形貌的NaCl晶粒在石墨烯囊泡中结晶存在“经典”的一步成核和“非经典”的两步成核路径。