1.中波红外光电子集成及其在片上光谱仪、收发系统、激光雷达领域的应用

中波红外（2-20μm）覆盖了大气透明窗口和物体热辐射及分子特征吸收峰的波长范围，被广泛地应用于红外热成像观测、物质成分分析、自由空间通讯等领域，对于国计民生、国防安全等具有重要战略应用价值。开发中波红外光子材料及其集成技术，实现中红外成像、传感、通信系统的小型芯片，是化学传感、空地通讯、红外对抗、热成像识别等重大战略领域的急迫需求。

该研究方向致力于发展硫基中红外集成光波导技术，利用机器学习反向工程设计新型光电子元器件，在此基础上研究硫基中红外光电子芯片。作为一项颠覆性技术，可以将传统中红外光谱仪、高灵敏气体吸收池传感器、自由空间收发模块及红外对抗、激光雷达等设备芯片小型化。可在保证甚至提高性能的前提下极大的降低成本，提高产量，在工业4.0、现代农业、物联网、智能机器人、红外伪装、红外对抗、未来星地通讯等领域具有重大应用前景。

2. 低维材料光电子集成及其极端光场调控及器件应用，构建未来光电子系统

信息交换处理需求正以指数形式增长，如何实现宽波段、超高速、超低能耗的信息加载及处理已经成为亟待解决的问题。以二维材料为代表的低维材料拥有的独特单原子（如石墨烯等）或多原子（如过渡金属硫化物等）范德瓦尔斯层状结构使其具有新奇独特的量子限域效应，在超快及超低能耗信息处理中有着巨大潜力。

该研究方向下致力于低维材料的极端光场调控及器件应用，开发硫基-低维材料复合微纳结构光电功能器件和超高集成度的超快光子芯片技术，研究nm3尺度下光与低维材料的相互作用增强机制，构建宏观量子复合结构体系，探索复合微纳光电子强耦合体系所能支持的新奇量子效应，实现多功能信息处理光子器件，发展全低维材料体系的新型光电子链路，为柔性生物传感、光子类脑神经网络、量子光通信计算、中波红外传感通信和航天微波光子信息处理传输等需求提供坚实基础。

3. 近零功耗OFPGA——应用：光计算，量子计算，微波光子

现场可编程光子逻辑门阵列芯片(Optical Field Programmable Gate Array, OFPGA）技术，已经被认为是下一代极具发展潜力的光子技术。在超大规模人工智能计算、未来骨干网及新一代通信及泛在互网络、生命健康等领域具有不可替代的重大应用前景。如何实现超快速率、超小尺寸、超高密度集成以及超低功耗，网络重构原理是OFPGA实现重要应用的核心理论基础。

该研究方向致力于硫基非易失相变材料光开关及阵列技术研究，围绕超高密度集成，超低功耗，超高速光子现场可编程逻辑门芯片的核心材料与纳米光电子器件研制所面临的关键科学与技术问题展开前沿探索研究，开发高性能低损硫基相变材料，发展CMOS后端异质集成工艺及大规模非易失电控可重构技术，研制近零功耗OFPGA芯片，为光子深度神经网络计算、微波光子技术、光量子计算、6G通信等新兴光电子技术领域应用需求提供支撑。

4 .超表面——光谱仪，热成像，微小型系统