澳门新葡萄8884官网光學工程學科為山西省重點建設學科。學科立足光學工程領域前沿，面向國家和地方經濟發展需求，與機械、控制、材料等學科交叉融合，形成了智能光電技術與裝備，多維結構光場傳輸與測控，光電器件設計與制備3個特色學科方向。科研團隊近3年主持承擔國家級、省部級和企事業單位委托項目90餘項，總經費1500餘萬元，實現科技成果轉化10餘項，支撐了1個省級重點學科、2個省級平台或中心，多項科研成果獲得省級科學技術獎，開發了世界首套針對燃煤鍋爐主燃區高溫氣氛場的激光測量裝備，以及多種100%國産化的先進激光測量分析儀器，打破了國外的技術壟斷和産品控制，形成了多學科交叉融合創新研究和産學研合作的優勢。

學科方向一：智能光電技術與裝備

智能光電技術與裝備團隊依托澳门新葡萄8884官网光學工程學科與山西省精密測量與在線檢測裝備工程研究中心，一直專注于原子分子激光光譜學、自由基分子光譜及動力學、高靈敏度激光光譜技術等理論與應用研究，通過長期的多學科交叉融合創新和産學研合作，逐漸形成了一支素質好，學曆高，梯隊結構合理，同時具有物理、機械、材料和電子等多學科知識背景的高水平研究隊伍。

團隊帶頭人為李傳亮教授，團隊骨幹為邱選兵教授、郭古青副教授、和小虎副教授、宮廷、田亞莉、孫小聰等老師，團隊成員主持國家自然科學基金項目7項，省部級科研項目15項，成果轉化10餘項，相關科研經費累計超過700萬，出版專著2部，發表SCI收錄論文40餘篇，授權專利10餘項。

團隊研究領域聚焦在我省14個戰略性新興産業中的信創和大數據領域，瞄準工業現場的精密在線檢測裝備，重點圍繞實時在線的高靈敏度高端裝備制造産業鍊，開展科技攻關和産業化落地。團隊已成功研發了被瑞士IRsweep公司技術壟斷和産品控制的新型環形多光程池，并成功研制了應用于燃煤鍋爐主燃區的H₂S氣體檢測設備，解決了激光光譜檢測裝備在高溫、腐蝕、粉塵、多種幹擾氣體等惡劣環境和複雜檢測氛圍下的一系列技術性和工程化難題，同時完成了強激光公裡級弱光吸收模拟裝置和潛艇艙室的增強吸收型光聲光譜氣體分析模塊，協助企業完成了國家軍工任務和相應的産品技術升級，部分技術填補了國内空白。

團隊針對工業氣體光電檢測技術與裝備研發中的關鍵技術及其産業化應用瓶頸，建設面向工業氣體光電檢測技術與裝備的研發平台與人才培養基地；開展高靈敏度的在線工業氣體激光光譜檢測的理論、技術及裝備的工程化和産業化研究工作，解決激光光譜在線檢測裝備中的“卡脖子”技術難題。發揮團隊在多種行業中的技術支撐與輻射作用，帶動高端裝備制造業整體技術水平的提高和科技進步，加快我省信創和大數據領域的産業升級，提升我省相關産業和領域的自主創新能力和核心競争力。

【典型案例1】

煤粉鍋爐低氮燃燒工況下H₂S、CO高溫氣體濃度上升會嚴重腐蝕鍋爐水冷壁，有可能出現“爆管”現象，影響發電廠機組安全運行。鍋爐主燃區存在高溫、高粉塵和焦油等惡劣工況條件，采樣與分析難度極大，特别是H₂S腐蝕性較強、含量較低，而且<100℃時存在易溶于水、易吸附等現象，很難實時準确監測。為了實現在保證火力發電低氮排放的基礎上避免燃煤鍋爐水冷壁嚴重高溫腐蝕的最終目标，團隊開發了基于TDLAS技術的實時在線監測水冷壁近壁面H₂S、CO濃度的儀器，見圖1.1所示。

圖1.1 燃煤鍋爐高溫H₂S、CO氣體診斷裝備與安裝調試現場

【典型案例2】

開發了新型環形多光程池技術。傳統多光程池（White，Herriott以及Chernin吸收池）由于物理尺寸的限制，其有效光程長度通常會縮短，使得傳感器的檢測靈敏度降低，并且容易受到機械振動和溫度變化的影響。因此先進的激光光譜檢測儀器需要一個緊湊、穩定、靈敏度高且适應性良好的吸收池。我們團隊開發的螺旋形的環形多光程池，具有環形結構和mask環，見圖1.3。相比于其他吸收池，具有結構簡單、超高機械穩定性、幹涉噪聲低、光程長、體積小等優勢，獨有的mask環設計可以使條紋效應大大降低到0.5%以下，非常适合緊湊型激光光譜儀器的研發和痕量氣體檢測。此技術已經成功取得國家發明專利的授權，相關産品已在化工及環境污染氣體檢測、人體呼吸氣體檢測、采礦毒害氣體檢測等領域取得了初步應用，相關産品的銷售額已突破1000萬元，打破了瑞士IRsweep公司的技術壟斷和産品控制。

圖1.3 環形多光程池論文、專利科研成果

學科方向二：多維結構光場傳輸與測控

多維結構光場傳輸與測控團隊依托山西省光場調控與融合應用省技術創新中心，瞄準國家及我省在先進激光技術領域的重大需求，經過近年來的合作研究，形成了以新型結構光場多維度調控技術和應用為主線，多維光場調控與大氣光傳輸技術、結構光場幹涉與精密測量技術、微納光學探針與超分辨成像技術三個穩定的研究方向。多年來在軟件和硬件兩個方面的建設，為團隊的産學研用合作提供充分配套和支撐條件。團隊将理論與實驗研究優勢互補，是一支年輕、創新、團結的極具潛力的研究團隊。

團隊基礎：

團隊成員來自澳门新葡萄8884官网。近五年，團隊引進博士6位、晉升高級職稱3位，團隊成員13人，均具有博士學位，平均年齡38歲，其中教授2人、副教授7人、講師4人。期間團隊承擔國家級、省部級及各類橫向項目24項，科研經費658萬，發表SCI論文40餘篇，授權和申請專利、軟著20餘項。

團隊帶頭人李晉紅教授，主要從事光場調控技術與應用等領域的研究工作，發展了以奇點光束為信息載體的傳輸理論，利用自制的大氣湍流發生裝置，在實驗上檢測了激光傳輸的相關特性，揭示了奇點光束的動力學行為和光渦旋的演化機理，主持和參與國家級、省部級、橫向課題等項目20餘項，出版專著兩部，發表學術論文百餘篇，授權專利10項，獲得軟件著作權9項。

研究方向：

團隊瞄準國家及我省在信創和大數據領域的需求，圍繞先進激光技術，經過近年來的合作研究，形成了三個穩定的研究方向：（一）針對多維光場調控與大氣光傳輸技術：結構光場調控技術是現代光學和光子學領域非常重要的工具。本研究方向揭示空間結構光場的時空演化規律，發展描述空間結構光場的理論框架。（二）結構光場幹涉與精密測量技術：光場幹涉是光學精密測量的核心技術之一，通過幹涉技術可以将這些參量以很高的精度測量出來。本研究方向基于渦旋光束、龐加萊光束、分形光束、随機光束等近年來發展起來的新型結構光場，發展新一代的高精度、多自由度幹涉測量技術。（三）微納光學探針與超分辨成像技術：微納光學探針是研究微納尺度内光與物質相互作用現象及本質的重要工具。本研究方向基于相位渦旋和偏振渦旋進行複合光場調控，建立新型結構光束場分布模型（渦旋光場、柱矢量光場和柱矢量渦旋光場），對不同新型結構光束與微納光學探針在微納尺度内的相互作用進行研究。

【典型案例1】近場超分辨掃描光學顯微鏡

近場超分辨掃描光學顯微鏡是一個專業的測量系統平台。主要用于研究各種物質，材料近場表面光學特征（包括發光和光譜）并且可以突破衍射極限，獲得更高的分辨率。

圖2.1 近場超分辨掃描光學顯微鏡測量平台和光學特征表征圖

【典型案例2】熒光超分辨顯微鏡

熒光顯微鏡在現代生物學的研究中起着至關重要的作用。本系統采用多個光束的幹涉條紋激發樣品産生熒光，結合Richardson -Lucy反卷積算法從多個熒光圖像中實現高分辨率熒光成像。可用于解決以下問題：1.對植物細胞進行活性動态超分辨成像；2.對動物細胞進行活性動态超分辨成像；

圖2.2熒光超分辨光學顯微鏡測量系統和馬鈴薯細胞樣品成像圖

【典型案例3】光電探測器模塊

偏壓光電探測器模塊——光電探測器基于高速PIN光電二極管，适用于監測脈沖和CW激光信号。探測器将偏壓電池、BNC輸出接頭、電源開關、偏壓監視按鈕等多種功能集成于一個小型的鋁合金外殼中，可以極大地簡化光學和光電檢測系統的構建。依據用戶需求，可以定制波長範圍、電壓/電流響應等參數。

平衡光電探測器模塊——平衡光電探測器具有兩個良好匹配的光電二極管，産生的輸出信号(RF-OUTPUT)與兩個光電二極管電流(即兩個輸入信号)之差成正比，從而可以極大地降低共模噪聲。探測器内置超低噪聲跨阻放大器和運算放大器，可以有效降低電路噪聲。另外，探測器還具有兩個快速監控輸出端口(MONITOR+和MONITOR-)，分别用于監測每個光電二極管的輸入信号。

 

圖2.3 偏壓光電探測器（左）和平衡光電探測器（右）

Sb化物超晶格探測器——該探測器響應波長從1.0μm到2.3μm，在2.0μm有一個響應峰值，因此特别适用于相幹測風雷達。

 

圖2.4 Sb化物超晶格探測器（左）和光譜響應曲線（右）

【典型案例4】一體化PID鎖定模塊

PID鎖定模塊集成了模拟PID、波形發生器、高壓放大器（0 ~ 180 V），适用于激光器和光學諧振腔的頻率鎖定，相對于大多數實驗室采用的由分立設備構建的鎖定系統，該一體化PID鎖定模塊可以有效降低整個鎖定系統的複雜度和成本。

 

圖2.5 一體化PID鎖定模塊

産學研用合作：

團隊在“開放、流動、競争、協作”的運行機制下開展産學研用合作。近5年，資助師生參加國際國内學術交流近60人次，邀請專家進行學術交流30人次。團隊與中國科學院大氣光學重點實驗室簽訂合作協議，與山西大威激光科技有限公司合作建設産學研人才培養基地。與北京空間機電研究所、平魯區産業研究院、西安工業大學等多家單位有項目合作，每年有團隊成員前往企業進行交流實習等活動。

學科方向三：光電器件設計與制備

光電器件設計與制備團隊依托光電半導體器件設計與檢測研究所，一直專注于納米光子材料學、半導體材料學、發光光譜學、光電半導體材料與器件的設計和制備等理論與應用研究，團隊經過長期的科研探索，研究創新與産學研合作，逐漸形成一支高學曆和高科研素養、多學科交叉融合、梯隊結構合理，同時具有物理、材料和電子等多學科知識互為支撐的高水平研究隊伍。

團隊帶頭人為秦振興教授，團隊骨幹為張瑞教授、李坤副教授、杜秀娟副教授、張清梅副教授、張宇飛博士、孟帥博士、宋凱博士、任衛傑博士、蔣昭毅博士等老師，團隊成員主持國家自然科學基金項目5項，省部級科研項目20餘項，相關科研經費累計超過500萬，出版專著2部，發表SCI論文40餘篇，授權專利10餘項。

團隊研究領域對接國家十四五規劃與我省14個戰略性新興産業發展需求，研究領域聚焦半導體産業與光電産業領域，主要圍繞半導體産業中發光材料的設計、制備，LED器件封裝技術，碳點太陽能聚光器設計、制備開展研究。研發了一系列新型量子點發光和半導體晶片材料以及FOLED鍵合封裝技術，有效解決了量子點高效全色發光等難題。尤其是在半導體晶片制備、缺陷調控，碳點太陽能聚光器設計、制備以及FOLED封裝技術等方面取得重要進展，形成了服務于山西省新材料和新技術領域技術創新、産學研結合的特色與優勢。

團隊針對材料的光學性能調控、發光機理、器件構造及潛在應用等，借由光電材料及器件設計平台開展新型發光材料微觀機制、器件設計等理論探索，以期獲得這些量子點發光材料的機制和調控技術，并開展基于這些材料在LED發光器件、太陽能聚光器、材料應用模拟設計等産業領域的應用研究。對标一流，立志建立比肩國内領先、獨具地方、學校特色的新型光電器件與制備團隊，發揮團隊在半導體和光電産業領域中的理論指導與技術支撐，推動我省戰略性新興産業領域創新發展。

【典型案例1】

碳點作為一種發光性能出色的球狀顆粒新型碳納米材料成為新的研究熱點。與傳統的有機染料和半導體量子點相比，碳點選材豐富，具有合成工藝簡單靈活、成本低廉、熒光性能優異且穩定，水溶性和生物相容性好、毒性低，抗光漂白，檢測靈敏、直觀且響應迅速等優點。從而産生各種各樣的應用，包括信息顯示、發光技術、X射線增強和閃爍、用于診斷的生物标記、傳感器技術、細胞成像劑，防僞圖案，潛指紋識别等。目前已經和山西高科華烨電子集團有限公司、山西量界科技有限公司開展合作研究，開發基于碳點材料作為熒光粉的白光發光二極管和建築設計中基于碳點發光的太陽能聚光器的光電器件開發，如圖3.1所示。

圖3.1 基于碳點的發光二極管和太陽能聚光器實物圖

【典型案例2】

作為第四代半導體材料，金剛石材料具有超寬禁帶、高熱導率、高載流子濃度與遷移率、高擊穿電壓等優點，是制備超大功率電子器件的重要材料。然而，雜質元素與晶體本征缺陷的存在會影響金剛石半導體的宏觀性能，因此非常有必要研究金剛石中雜質與本征缺陷的形成與調控機理。通過對金剛石半導體進行近閥能電子輻照與快速退火處理，人為可控地引入簡單的本征缺陷并調控缺陷移動，利用光緻發光光譜對晶片缺陷進行表征。通過研究光譜中零聲子線振動結構、空間分布及增寬機制，以及零聲子線對局部應力、測試溫度、激光功率、生長晶面、雜質濃度的依賴性，結合同位素輔助技術，最終闡明了金剛石半導體晶片缺陷的形成與輻照退火調控機理，如圖3.2所示。

 

圖3.2金剛石半導體晶片缺陷的形成與輻照退火調控

【典型案例3】

三基發射藥由于其高能量，低燒蝕和炮口焰少以及原料來源豐富易于實現“平戰結合”，“軍民結合”等優點，因此廣泛應用于爆破領域。本團隊采用分子動力學方法，拟合了硝化纖維素、硝化甘油、黑索金以及混合溶劑之間的ReaxFF反應力場。該力場可以計算三基發射藥的剪切黏度、熱膨脹系數等熱力學性質，預測新型三基發射藥配方，如圖3.3所示。

圖3.3 ReaxFF反應力場研究結果