1、我国光子芯片技术突破，开发全球首款170GHz超宽带器件

2、西电团队提出完美光学涡旋梳定制新方法 有望用于先进光通信技术

3、同济大学徐军团队研发预测惯性约束聚变用激光增益材料的深度学习框架ICFgainAI

4、北理工课题组在构建可植入微型超级电容助力小肠伤口修复方面取得进展

1、我国光子芯片技术突破，开发全球首款170GHz超宽带器件

据报道，国家信息光电子创新中心依托自主研发的超宽带光子芯片技术，已开发出全球首款170GHz超宽带器件产品，并应用于国产化光电子测量设备。未来，这一技术将为6G通信提供底层支撑，并将应用于下一代高速光模块产品中。

超宽带光子芯片是整个光通信网络中最底层的物理芯片。光子芯片负责的“电光转换”，是光传输线路中发送和接收的两个关键基础，其带宽越大，一秒钟内能运载、传输的数据就越多。长期以来，由于光纤通信与无线通信两张网络各自独立设计，很难无缝衔接，成为数据传输的瓶颈。随着AI数据中心算力提升和6G的蓬勃发展，要求在多样化场景满足信号的高速、低时延传输，传输速率的瓶颈也日益凸显。

传统的硅光、磷化铟、体材料铌酸锂等调制器带宽仅30-100GHz，且功耗高、驱动电压大，适配不了智算中心低功耗需求，线性度差、信号失真严重，难以支撑高阶调制与超高速传输。

今年2月，国家信息光电子创新中心联合多家科研机构在国际上率先研制出超宽带光电融合集成芯片实现超过250GHz的电-光-电转换能力，从原理上突破传统电子架构限制。　　在此基础上，实现了光纤通信单通道512Gbps太赫兹无线通信单通道400Gbps刷新三项纪录。并且同一套核心器件和算法，同时适用于光纤和无线场景。也首次在“物理层”弥合两大通信体系之间的带宽鸿沟。

相关成果今年2月在《自然》杂志发表后，研究团队进一步依托相关技术开展了应用开发与工程化转化，并于近期研发出了170GHz强度调制器，验证了技术可行性。目前，依托该芯片，相关团队已实现光纤通信和无线通信系统间的跨网络融合。其中，光纤有线传输速率突破512吉比特每秒，相当于一秒钟传完十几部高清电影；太赫兹无线传输速率达到400吉比特每秒，可同时为86个用户提供8K超高清视频流。

2、西电团队提出完美光学涡旋梳定制新方法 有望用于先进光通信技术

近日，西安电子科技大学光电工程学院超快光子学团队联合浙江工商大学、吉林大学等单位，围绕完美光学涡旋梳的构建与实现开展研究，在完美涡旋光束理论表达的基础上，提出了一种完美光学涡旋梳定制新方法，并借助衍射神经网络完成了实验验证。该研究实现了对涡旋梳中不同模态环形尺寸的灵活调控，让原本“齿长不齐”的光学涡旋梳变得更加整齐、可控，为结构光场设计与调控提供了新的研究思路，也为光通信、精密测量等方向的后续探索提供了参考。

团队研究成果登上国际光学领域期刊《Laser & Photonics Reviews》封底

什么是光的“涡旋梳”：从湖面漩涡到光的“梳子”

在日常生活中，人们熟悉的光，往往是沿直线传播、波前相对平整的普通光束。但在现代光学研究中，还存在一类具有特殊结构的光束——光学涡旋光束。

“光学涡旋光束可以形象地理解为‘带着旋转结构向前传播的光’”，作为论文首位共同第一作者，西安电子科技大学光电工程学院2022级本科生曹帅全程参与了本项研究的理论设计、仿真优化与实验验证工作，他解释道：“就像平静湖面上的漩涡与普通水波并不相同，光学涡旋光束也不是普通意义上的‘直着走的光’，而是一种具有特殊相位结构的光。”这类光携带轨道角动量，且不同拓扑荷对应着不同模式，因此在通信、测量、成像、光镊操控等方向受到广泛关注。

基于这类光的特性，研究人员进一步发展出“光学涡旋梳”的概念。它是由多个不同拓扑荷的涡旋光束按一定规律叠加形成的复合光场结构，类似于光频梳在频域中由一系列规则排列的谱线组成，光学涡旋梳则对应于轨道角动量模态上的离散排列。换个更直观的说法，它就像一把由光做成的“梳子”：每一个“齿”对应一种特定的涡旋模态，许多“齿”组合在一起，就构成了一把可以被设计、被调控的“光梳子”。

西安电子科技大学光电工程学院院长、教授徐淮良介绍，光学涡旋梳之所以受到关注，一个重要原因在于它为模式复用提供了新的光场载体。除通信外，这把“光的梳子”在精密测量、微粒操控和特殊成像等方向也具有应用前景。不过，要让它真正更好地服务相关研究，首先还需要解决其生成与调控中的一个核心问题。

传统涡旋梳的“长短腿”问题：齿长不齐带来的麻烦

尽管光学涡旋梳近年来受到关注，但传统涡旋梳一直存在一个比较突出的局限：组成梳状结构的各个涡旋模态，其空间尺寸往往会随着拓扑荷变化而变化。

从光场分布上看，光学涡旋光束通常表现为中间较暗、外围较亮的环形光斑。对传统涡旋光束而言，不同拓扑荷对应的环形半径并不固定，而是随模态参数发生变化。这样一来，当多个不同拓扑荷的光束叠加形成涡旋梳时，各个“齿”的大小就难以保持一致，这把“光的梳子”也就出现了“齿长不齐”的问题。

这一问题会给后续应用带来实际影响。比如在模式复用光通信中，如果不同轨道角动量模态对应的光束尺寸不一致，那么在耦合、传输、放大和探测过程中，就需要更复杂的系统匹配与参数调节。对于一些模式分选装置而言，输入模态尺寸不统一，也会增加识别和分离的难度。换句话说，一把“齿长不齐”的梳子，虽然能看出是梳子，但真要拿去“工作”，就会暴露出不少麻烦。

“以光通信为例。在发送端，不同转速的光束需要合在一起送入通信器件。在接收端，又需要把这些光束分开，各自还原出携带的信号”，西安电子科技大学光电工程学院青年教师梁益泽解释道，“问题是，不同转速的光束在通信器件处光斑大小不同。如果接收端的探测器对准小光斑，大光斑的边缘信号就可能丢失或者串扰到其他通道。如果对准大光斑，小光斑的能量又收集不全，信号太弱无法识别。系统需要不断调整，很难稳定运行”。

不仅如此，在一些涉及光与物质相互作用的场景中，不同尺寸的光束还意味着不同的作用区域，这对部分实验和应用并不理想。也正因如此，如何在不同拓扑荷下仍然保持一致的环形尺寸，成为光学涡旋梳研究中值得进一步突破的方向。

从理论构想到实验实现：先把理想的“梳子”画出来

针对这一问题，徐淮良团队没有停留在对传统方法的局部修补上，而是从更基础的光场构建出发，走出了一条“先定义目标、再实现目标”的研究路径。与其说是在原有“梳子”上修修补补，不如说是先重新设计一把更理想的“光梳子”，再想办法把它真正做出来。

研究团队首先基于完美涡旋光束的理论表达，构建出目标完美光学涡旋梳。这里所谓“完美”，指的是各个组成模态在拓扑荷不同的情况下，仍能够保持统一的环形尺寸。也就是说，团队先从理论上给出了“理想的光梳子应该长什么样”——它的每一根“齿”可以对应不同的拓扑荷，但这些“齿”的大小能够保持一致，不再像传统涡旋梳那样长短不一。

传统型 OV梳与完美型 OV梳的原理对比图

在完成目标光场构建后，团队引入衍射神经网络，对实现这一目标所需的相位调制结构进行反向设计。梁益泽介绍：“衍射神经网络在这项工作中承担的是实现工具的角色，它不是直接‘凭空生成’光场，而是依据预设目标，优化得到合适的双层相位掩模，使输入的高斯光在传播和调制之后输出目标完美光学涡旋梳”。换句话说，团队不是先有工具再去“试试看能做出什么”，而是先想清楚要做一把什么样的“梳子”，再让衍射神经网络去寻找实现它的方法。

整个实现系统的核心结构比较简洁，由两层纯相位掩模组成，可以理解为两张特制的光学滤镜。实验中，团队以一束高斯光为输入，通过加载训练得到的两层相位掩模，实现了目标光场的输出。这也意味着，这项工作的创新不只是引入了衍射神经网络这一手段，更在于建立了从理论构型、目标光场设计，到物理实现和实验验证的一整套研究链路。

单位拓扑荷间隔完美光学涡旋梳定制实验结果

为了验证这一方法的可行性，研究团队在实验中完成了三类不同完美光学涡旋梳的构建与测试。

第一类是单位拓扑荷间隔的标准完美光学涡旋梳，所有齿大小一致，整齐排列。第二类是谱形和拓扑荷间隔可调的完美光学涡旋梳，齿与齿之间的转速差可以根据需要任意设定。第三类是复杂梳子——对完美光学涡旋梳中不同组成模态的尺寸进行差异化控制，即可根据需要对个别“齿”的尺寸进行单独设计。

从结果来看，团队的这一方法使完美光学涡旋梳的构建具备了更强的可设计性。与传统方案中光束尺寸受拓扑荷制约不同，新方法能够在设定拓扑荷分布的同时，对不同模态的环尺寸进行独立调控，从而让这把“光的梳子”不仅齿距可调，齿形也更加可控。

从实验走向应用：为结构光调控提供新思路

完美光学涡旋梳的构建，并不是简单对已有光学涡旋梳生成方式进行局部改进，而是围绕“目标光场如何定义、如何实现”这一核心问题，提出了从理论构建到实验实现的一体化方案。

徐淮良表示，团队更关注的是如何让涡旋梳中的不同模态在保持自身拓扑荷特征的同时，具备可独立设计的空间尺寸，“这不仅关系到某一种光场的生成方式，也关系到结构光场能否在更复杂场景中实现更精细的控制”。

西安电子科技大学光电工程学院徐淮良教授团队正在进行涡旋梳调控相关研究

从潜在应用来看，完美光学涡旋梳有望为模式复用通信、自由空间到光纤耦合、精密测量以及优化光与物质相互作用等研究提供新的参考工具。特别是在需要多个涡旋模态保持统一尺寸、或者需要对不同模态空间分布进行精细设计的场景中，这一方法有望展现出独特价值。当然，从实验室验证走向更复杂的工程系统，仍需要后续深入研究。

与此同时，这项研究也展现出衍射神经网络在复杂光场设计中的应用潜力。通过先构建目标光场，再反向求解实现路径，研究人员未来有望进一步探索更多具有特定空间分布、偏振特性或功能特征的结构光场。随着相关算法和光学器件技术的发展，这类方法有望在更多光学研究场景中发挥作用。换句话说，这把“光的梳子”不只是被做得更整齐了，也正在被赋予更多新的可能。

3、同济大学徐军团队研发预测惯性约束聚变用激光增益材料的深度学习框架ICFgainAI

近日，物理科学与工程学院“同济晶体”徐军教授团队在人工智能赋能的惯性约束聚变用激光增益材料研究方面取得重要进展，研究成果以“ICFgainAI：A Deep Learning Framework for Predicting Fluorescence Lifetime and Stimulated Emission Cross-Section of Inertial Confinement Fusion Laser Gain Materials”为题发表于国际知名期刊《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews），实现聚变能源所用激光增益材料荧光寿命和受激发射截面的快速、准确预测。

图1、利用自然语言处理构建高质量Nd3+离子激光增益材料数据集并训练ICFgainAI

激光驱动惯性约束聚变被认为是实现聚变点火的重要技术路径，而高性能激光增益材料则是支撑大能量、高重复频率激光驱动系统的关键基础。寻找兼具长荧光寿命、适中发射截面、大荧光半峰宽及高抗热冲击性能的新型激光增益材料，是推动下一代聚变驱动激光技术发展的关键。针对传统实验筛选周期长、成本高等难题，团队通过挖掘超4万篇科学文献，收集1300多条Nd3+离子激光增益材料的光谱性能数据，并进一步利用深度学习方法，研发出在跨体系材料中具有强泛化能力、高准确性的激光增益材料深度学习框架ICFgainAI。

图2、利用ICFgainAI预测兼具长荧光寿命和适中受激发射截面的激光增益材料并验证模型准确性

ICFgainAI在跨体系的激光增益材料中成功学习到Nd3+离子浓度对不同材料体系荧光寿命和受激发射截面的影响规律，通过对两种不同体系碱土氟化物和稀土氟化物激光增益材料的预测，验证了ICFgainAI模型具有非常高的准确性，此外还通过实验表征，发现这两类材料具有超过500微秒的长荧光寿命和适中的受激发射截面，非常适合作为新一代激光驱动器的候选材料。对光谱特性的传统研究需耗时数月，但是，ICFgainAI能够在20秒内完成对荧光寿命和受激发射截面的准确预测，同时该研究还提出了数据驱动的浓度依赖强化-淬灭转变机制。此外，该模型未来也将瞄准于热机械特性机理分析与热学性能的高效预测，为新一代激光驱动材料以及其他高性能激光增益材料的发展提供“加速度”。近年来，“同济晶体”团队以人工智能赋能的科研新范式取得一系列研究进展，在先进材料的数据挖掘、深度学习模型方面申报多项国家发明专利。

同济大学青年百人特聘研究员张晨波、博士后王无敌为论文共同第一作者，徐军教授、张晨波研究员为论文共同通讯作者。对论文具有突出贡献的合作者还包括同济大学唐慧丽教授、刘波教授、权佳敏教授、张忠卫教授等。该研究成果获得国家重点研发计划专项和国家自然科学基金等项目资助和支持。

4、北理工课题组在构建可植入微型超级电容助力小肠伤口修复方面取得进展

近日，北京理工大学化学与化工学院赵扬教授在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表题目为“Mechanically-activated electrochemical implantable micro-supercapacitors boosting wound healing in the small intestine”的研究论文（DOI: 10.1038/s41467-026-73010-6）。北京理工大学为第一通讯单位，北京理工大学赵扬教授为通讯作者，化学与化工学院22级博士研究生吴文鹏为论文第一作者。北京理工大学化学与化工学院赵飞教授为合作者。本研究得到了国家自然科学基金、京津冀基础研究合作专项等项目支持。

近年来，随着对生物电调控再生机制理解的不断深入，能够模拟内源性电信号的植入式微电源被认为是下一代智能生物电子器件的重要发展方向。然而，在狭窄曲折的肠道等体内环境中，植入式微能量器件需要同时满足高能量密度、小尺寸、柔韧性、生物相容性和长期稳定性等苛刻要求。传统微超级电容器在电极活性材料致密化与暴露的有效活性面积之间长期存在相互制衡的关系。

针对上述挑战，研究团队提出一种机械激活电化学策略，利用聚乙烯醇（PVA）网络在水蒸发过程中的各向同性收缩，对碳纳米管（CNTs）施加内应力，诱导CNTs晶格压缩和弯曲变形，从而额外激活电化学活性表面积。相较于收缩前的初始状态，电极的电化学活性面积增大近4000倍，组装的微超级电容器体积电容高达56.5 F cm-3。可直接封装成最小特征尺寸仅2.5 mm的植入式器件，在模拟肠液中持续放电超过96小时，并在巴马小型猪模型中使肠道伤口愈合速率提高了36%-50%。

图1. 植入式器件的设计概念及示意图

图2. PVA/CNTs水凝胶的形貌与结构表征

图3. PVA/CNTs电极收缩过程的微观结构表征

图4. 应变诱导PVA/CNTs电极的性能与机理分析

图5. 微型超级电容器的结构组装示意图与电化学性能

制备的可植入器件在为小型生物医疗和植入式微电源设计方面提供了新范式，为未来高度集成、可长期植入的医疗电子设备提供了理想的供能解决方案。

图6. 可植入式器件电刺激肠道伤口愈合的生物学应用