任智斌 - 哈尔滨工业大学

研究领域

1、新型微纳光学成像系统&超分辨率超衍射成像受限于光电探测器的欠采样效应，光电探测器的像元尺寸制约了成像系统分辨率的提升空间。因此，在不改变探测器硬件水平的前提下实现超分辨率成像，是光电成像系统的设计与应用研究领域的前沿。另外，随着光电成像系统分辨率的提升，图像数据量会大幅增加。在提高光电成像系统分辨率的同时，大幅提高目标检测速度已成为亟待解决的焦点问题。本研究围绕光电成像系统分辨率的提升及超分辨率高速目标检测方法的科学问题，开展超分辨率平面干涉成像系统的机理、成像波段扩大、高速目标检测方法、图像退化规律与信息复原及实验验证研究。通过阐释该系统的超分辨率成像机制，揭示分辨率提升与目标检测速度提升的科学关系，为促使光电成像系统的分辨率突破探测器像元尺寸局限的研究奠定基础，为解决成像系统分辨率提升与目标检测速度提升之间的矛盾提供新思路。本研究对促进宏观大尺度超分辨率成像方法及高速频域目标检测方法研究领域的发展具有重要的科学意义。 2、超大口径薄膜衍射成像系统薄膜衍射主镜成像技术是目前国际最前沿的遥感系统设计与工程化研究内容，美国BALL公司于2014年公布了采用薄膜衍射主镜成像技术的MORIE卫星的部分指标参数，但目前尚未见到具体设计方案报道。本项目追踪MORIE卫星的研究现状，设计10m～20m口径的短结构合成孔径薄膜衍射成像系统。该系统的波段达到了MORIE卫星的设计指标，视场超过了MORIE卫星的设计指标。该研究给出了薄膜衍射主镜成像系统的一种设计方案，可为我国超大口径薄膜衍射成像系统的工程化研究提供指导。 3、光学超材料超材料又称为超构材料，是一种人为构造的新型结构材料，具有超越自然材料的奇异物理（电磁、声学等）特性。在英文中，超材料被称为metamaterials，其中前缀meta-是从希腊语借用而来，表示“超越”之意。超材料的基本思想是利用结构单元（称为“超级原子”或“超级分子”）的谐振特性，实现对材料等效参数的控制。光学超材料的实现得益于英国物理学家John Pendry教授在1996年和1999年分别提出的电响应和磁响应结构。2000年以来，超材料的诞生为基础光学领域的发展带来了新的契机，吸引了数以万计的研究人员开展相关研究。超材料的颠覆性具体体现在三个方面：首先，超材料的等效折射率可以为负，为超分辨完美成像提供了支点；其次，超材料的折射率可在空间上任意调控，结合变换光学可以构建“隐身衣”等奇异电磁器件；最后，超材料作为一种新的材料设计范式，为光学、声学、热学和力学材料指出了全新的发展方向。超材料相关研究在2000年和2003年被《Science》杂志评为年度重大科技进展。2010年《Science》杂志又将超材料评为过去十年人类最重大的十大科技突破之一。美国国防部ASD（R&E）也把超材料纳入“六大颠覆性基础研究领域” (Six disruptive basic research area)之列。 4、表面等离子体光学光波段亚波长结构中光子、电子耦合的学科——表面等离子体光学（plasmonics）。作为金属、介质界面上的一种光子、电子耦合模式，表面等离子体也被称为表面等离子体激元（surface plasmon polariton，SPP）。根据电磁场理论，SPP可看作一种产生于金属和介质界面的表面电磁波，它沿界面传播，但在垂直于界面的方向上呈指数衰减。表面等离子体的应用可以追溯到古罗马时期的莱克格斯杯以及中世纪欧洲教堂的彩色玻璃，但是对表面等离子体的研究直到近代才真正开始。19世纪末期以来，Sommerfeld, Rayleigh, Fano, Ritchie, Kretschmann, Otto等著名物理学家对其进行了长期研究，初步揭示了表面等离子体的物理本性。1998年，Ebbesen发现亚波长小孔中的异常透射现象，并推测该现象来源于结构中SPP的奇异特性。异常光学透射意味着经典的衍射极限不再是不可逾越的障碍，从而掀起了表面等离子体光学的研究热潮。鉴于其重要性，Ebbesen的工作被《Nature》杂志社评选为现代表面等离子体光学的开端和光子学发展史上的23个里程碑之一。 5、亚波长电磁学亚波长电磁学是现代光学和电磁学的主要发展方向之一，其内涵包括超构材料、表面等离子体、光子晶体等。作为超构材料和表面等离子体光学融合的产物，二维超构表面（简称超表面）在近年来取得了极大的进步。超表面可看作一种平面化的超构材料，其通过亚波长金属或介质结构在二维平面内调控电磁波的振幅、相位、偏振等参量，能突破传统电磁定律的限制，并用于新型平面电磁学和光学器件的设计。与三维块体超构材料相比，二维的超表面结构在能量损耗和加工难度上都表现出了明显的优势，被认为是超构材料实用化的关键。最近，超表面领域的原理和技术研究取得显著进展，各种新型超表面器件不断涌现，为解决现代光学系统体积重量较大、集成度较低等难题提供了全新的技术途径。2016年，基于超表面构造的显微物镜被《Science》杂志评为年度十大科技突破。

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High quality factor infrared notch filter with compact electromagnetically induced transparency metamaterial structure Zhibin Ren, Bing Zhu, Junyu Xia 2023年期刊名称 Materials Letters 期卷 343: 13434 Tunable ultranarrow-band metamaterial perfect absorber based on electromagnetically induced transparency structure Zhibin Ren, Ruyue Liu, Hongsheng Lu, Yue Guo, Rongbin Xie 2021年期刊名称 Optical Materials 期卷 122: 111624 Transmission reflection selective ultranarrow-band metamaterial filter based on electromagnetically induced transparency structure Zhibin Ren, Ruyue Liu, Yichao Zhang, Hongsheng Lu, Fengyi Li, Yuxin Liu, Xiaoling Hong, Yue Guo. 2021年期刊名称 Optics Communications 期卷 497: 127159 Nonpolarizing narrow band metamaterial transmission filter based on electromagnetically induced transparency at visible wavelengths Zhibin Ren, Ruyue Liu, Yichao Zhang, Tianxin Liu, Fengyi Li, Xiaoling Hong, Yue Guo. 2021年期刊名称 Materials Letters 期卷 296：1 Simple structured broadband metamaterial absorbers with the same topology and structural ratio for selected wavebands Zhibin Ren, Zihao Lin, Miaomiao Li, Ruyue Liu, Tianxin Liu 2020年期刊名称 Infrared Physics & Technology 期卷 108: 103339 Double-layer broadband perfect metamaterial absorber and its potential for refractive index sensing Zhibin Ren, Zihao Lin, Xiyang Zhi, Miaomiao Li 2020年期刊名称 Optical Materials 期卷 99: 109575