李贵新 副教授

光学材料与超构材料实验室

中组部第十二批青年千人计划专家 2016

研究方向:光学超构材料/超构表面 Photonic Metamaterials & Metasurface

非线性光学、表面等离激元、有机固态激光、纳米加工

李贵新

副教授,中组部第12批青年千人计划专家

光学材料与超构材料实验室 负责人

南方科技大学/工学院/材料科学与工程系,中国-深圳


教育经历

2006-2009 香港浸会大学   物理系  光学    哲学博士 导师:谢国伟教授

2003-2006 北京师范大学   物理系  光学    理学硕士 导师:刘大禾教授

1999-2003 北京师范大学   物理系  物理学   理学学士


工作经历

2016-2016 德国帕德博恩大学  物理系  博士后  合作导师: Prof. Thomas Zentgraf

2014-2016 英国伯明翰大学   物理系  博士后  合作导师: Prof. Shuang Zhang

2012-2015 香港浸会大学     物理系  研究助理教授

2011-2012 伦敦帝国理工学院  物理系  访问学者 合作导师: Prof. Donal Bradley

2009-2011 香港浸会大学     物理系  博士后  合作导师: Prof. Kok Wai Cheah


所获荣誉:

◆ 2016年入选中组部第12批“青年千人计划”

代表文章和专利:

◆ Rotational Doppler Effect in Nonlinear Optics, G. Li, T. Zentgraf, S. Zhang, “Rotational Doppler Effect in Nonlinear Optics”, Nature Physics 12, 736-740 (2016).



李贵新(LI Guixin)

南方科技大学/工学院/材料科学与工程系

第一教学楼106室,深圳市南山区西丽学苑大道1088号

邮编:518055

Email: ligx@sustc.edu.cn

Office: +86-755-88018957

硕士与博士研究

提供全额奖学金, 与哈工大、英国伯明翰大学、香港浸会大学、新加坡国立大学等学校联合培养

专业:物理,光学,材料物理,电子工程

课题:Photonic Metamaterials and Metasurface

  • 23

    Chirality in Rhomborhina Gigantea beetle 2014

    S. Y. Ching, G. Li, H. L. Tam, D. T. P. Goh, J. K. L. Goh, K. W. Cheah, “Chirality in Rhomborhina Gigantea beetle”, Optical Materials Express 4, 2340 (2014)

  • 24

    Third harmonic generation of optical vortices using holography based gold-fork microstructure 2014

    G. Li, S. Chen, Y. Cai, S. Zhang,* and K. W. Cheah,* “Third harmonic generation of optical vortices using holography based gold-fork microstructure”, Advanced Optical Materials, DOI: 10.1002/adom.201300496 (2014)

  • 25

    Symmetry selective third harmonic generation from plasmonic metacrystals 2014

    S. Chen, # G. Li, # F. Zeuner, # W. H. Wong, E. Y. B. Pun, T. Zentgraf,* K. W. Cheah,* S. Zhang,* “Symmetry selective third harmonic generation from plasmonic metacrystals”, Phys. Rev. Lett. 113, 033901 (2014)

  • 28

    Spatially variant color light source using amplified spontaneous emission from organic thin films 2015

    K.L.Chan,G.X.Li*, K.W.Cheah*,“Spatially variant color light source using amplified spontaneous emission from organic thin films”, Optical Materials Express, 5, 497-502 (2015). 

    News: OSA Spotlight on Optics,

    Marco Anni https://www.osapublishing.org/spotlight/summary.cfm?id=311808  May (2015).


  • 29

    Metasurface holograms reaching 80% efficiency 2015

    G. Zheng, H. Mühlenbernd, M. Kenney, G. Li*, T. Zentgraf*, and S. Zhang*, “Metasurface holograms reaching 80% efficiency”, Nature Nanotechnology 10, 308-312 (2015).

    News and Views:

    J. Scheuer and Y. Yifat, "Holography: Metasurfaces make it practical", Nature Nanotechnology, 10, 296-298 (2015).


  • 30

    Continuous control of the nonlinearity phase for harmonic generations 2015

    G.Li,S.Chen,N.Pholchai,B.Reineke,Polis W.H.Wong,Edwin Y.B.Pun,K.W.Cheah*,T. Zentgraf*,S.Zhang*,“Continuous control of the nonlinearity phase for harmonic generations”, Nature Materials 14, 607-612 (2015). 

    News: Belle Dumé, Controlling nonlinearity in metamaterials, http://nanotechweb.org/cws/article/tech/60949 


  • 31

    Image-switchable metasurface hologram for circular polarization 2015

    D. Wen, # F. Yue, # Guixin Li, # G. Zheng, K. Chan, S. Chen, M. Chen, K. F. Li, Polis W. H. Wong, K. W. Cheah, Edwin Y. B. Pun*, S. Zhang*, and X. Chen*, “Image-switchable metasurface hologram for circular polarization”, Nature Communications, DOI:10.1038/NCOMMS9241(2015). 


  • 32

    Metasurface Device with Helicity-Dependent Functionality 2015

    D. Wen, S. Chen, F. Yue, K. Chan, M. Chen, M. Ardon, K. F. Li, Polis W. H. Wong, K. W. Cheah, Edwin Y. B. Pun, G. Li,* S. Zhang,* and X. Chen*, Metasurface Device with Helicity-Dependent FunctionalityAdvanced Optical Materials10.1002/adom.201500498 (2015).

  • 33

    Amplitude and Phase Controlled Surface Plasmon Polariton Excitation with Metasurfaces 2015

     H. Mühlenbernd, P. Georgi, N. Pholchai, L. Huang, G. Li, S. Zhang, T. Zentgraf, Amplitude and Phase Controlled Surface Plasmon Polariton Excitation with Metasurfaces, ACS Photonics, DOI: 10.1021/acsphotonics.5b00536 (2015).

  • 34

    Helicity-Preserving Omnidirectional Plasmonic Mirror 2016

    S. Xiao, Holger Mühlenbernd, G. Li, M. Kenney, F. Liu, T. Zentgraf, S. Zhang, J. Li, “Helicity-Preserving Omnidirectional Plasmonic Mirror”, Advanced Optical Material, DOI: 10.1002/adom.201500705 (2016).

  • 35

    Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation 2016

    S. Chen, Y. Cai, G. Li,* S. Zhang, K. W. Cheah, “Geometric Metasurface Fork Gratings for Vortex Beam Generation and Manipulation”,  Laser & Photonics  Reviews 2, 322-326 (2016). 

  • 36

    Giant nonlinear optical activity of achiral origin in planar metasurfaces with quadratic and cubic nonlinearities 2016

    S. Chen, F. Zeuner, M. Weismann, B. Reineke, G. Li, V. K. Valev, K. W. Cheah, N. C. Panoiu,* T. Zentgraf,* and S. Zhang*Giant nonlinear optical activity of achiral origin in planar metasurfaces with quadratic and cubic nonlinearities Advanced Materials, DOI 10.1002/adma.201505640 (2016).

  • 37

    Rotational Doppler Effect in Nonlinear Optics 2016

    G. LiT. Zentgraf, S. Zhang, “Rotational Doppler Effect in Nonlinear Optics”, Nature Physics 12, 736-740 (2016).

    News and Views:Etienne Brasselet, “Optical physics: Harmonic angular Doppler effect”, Nature Photonics, 10, 362-364 (2016).

  • 38

    Nonlinear photonic metasurfaces 2017

    Guixin Li,Shuang Zhang and Thomas Zentgraf,"Nonlinear photonic metasurfaces",NATURE REVIEWS | MATERIALS,VOLUME 2 | ARTICLE NUMBER 17010(2017).doi:10.1038/natrevmats.2017.10
    Published online 21 Mar 2017

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  • 39

    Ultrathin Nonlinear Metasurface for Optical Image Encoding 2017

    Felicitas Walter,Guixin Li, Cedrik Meier,Shuang Zhang, and Thomas Zentgraf"Ultrathin Nonlinear Metasurface for Optical Image Encoding",NANO LETTERS,DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00676(2017)

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研究学者

李敬辉

研究方向: 超构材料、超构表面的非线性光学特性

微纳光学、飞秒激光系統、多光子激发光谱

理学博士,香港浸会大学物理系 (2008)

Email: lijh6@mail.sustc.edu.cn   

研究方向: 超构材料、超构表面的非线性光学特性

微纳光学、飞秒激光系統、多光子激发光谱

理学博士,香港浸会大学物理系 (2008)

Email: lijh6@mail.sustc.edu.cn   

博士后

邓俊鸿

研究方向:超构材料的理论计算与纳米加工

理学博士,香港浸会大学物理系 (2017)

Email: dengjh@mail.sustc.edu.cn  

研究方向:超构材料的理论计算与纳米加工

理学博士,香港浸会大学物理系 (2017)

Email: dengjh@mail.sustc.edu.cn  

刘萱

研究方向:变换光学,微纳光子学
2017年毕业于北京师范大学物理学系,理学博士

研究方向:变换光学,微纳光子学
2017年毕业于北京师范大学物理学系,理学博士

博士

唐宇涛

17级博士生 香港浸会大学物理系 南方科技大学材料系

研究方向:微纳光子学,超构材料、微腔

Email11752005@mail.sustc.edu.cn


17级博士生 香港浸会大学物理系 南方科技大学材料系

研究方向:微纳光子学,超构材料、微腔

Email11752005@mail.sustc.edu.cn


研究助理

池怡辉

科研教学助理;

研究方向:微纳光学器件的纳米加工与物理表征

Email: chiyh@mail.sustc.edu.cn

科研教学助理;

研究方向:微纳光学器件的纳米加工与物理表征

Email: chiyh@mail.sustc.edu.cn

本科生

李勋

2016级本科生

研究兴趣:光学微纳结构

2016级本科生

研究兴趣:光学微纳结构

University of Paderborn-Dr. Kai-HongLuo-Single Photon Generation and Manipulation in Integrated Quantum Optics
Time: Aug 6th(Sunday) 16:00-17:00 Venue: No. 408 Conference Room Faculty Research Building No.2, SUSTech Host : Prof. Guixin Li
2017-08-06 15:27:00
Australian National University-PHD-Haitao Chen-Control of light emission from 2D materials by resonant nanostructures
Time: Jun 30th (Friday) 16:00-17:00 Venue: No. 408 Conference Room Faculty Research Building No.2, SUSTech Host : Prof. Guixin Li
2017-06-30 15:19:00
北京师范大学石锦卫教授来访-Plasmonic Devices for Information Optics
Time: May 31st (Friday) 17:00-19:00 Venue: No. 408 Conference Room Faculty Research Building No.2, SUSTech Host : Prof. Guixin Li
2017-05-30 19:07:00
Hong Kong Baptist University-Dr. Jack Ng-Optical Pulling Force
Time: May 19th (Friday) 16:00-17:00 Venue: No. 408 Conference Room Faculty Research Building No.2, SUSTech Host : Prof. Guixin Li
2017-05-19 17:10:00
韩国浦项科技大学Junsuk Rho教授来访-Large-scale and three-dimensional fabrication of optical metamaterials
Time: May 19th (Friday) 10:00-11:00 Venue: No. 408 Conference Room Faculty Research Building No.2, SUSTech Host : Prof. Guixin Li
2017-05-19 17:03:00

光学材料与超构材料实验室 

Photonic Materials and Metamaterials Laboratory (PMML)

光学材料与超构材料实验室 PMML 致力于研究微纳光学器件中光与物质的相互作用,包括非线性光学、荧光光谱、光的散射衍射等。在超构材料Metamaterials、超构表面 (Metausrface)、微纳光学等实验研究领域具有丰富经验,并取得了多项突破性进展。课题组在包括自然-物理学 Nature Physics自然-材料学 Nature Materials自然-纳米技术   Nature Nanotechnology自然-通讯 Nature Communications;物理评论快报 Physical Review Letters; 纳米快报 Nano Letters;先进材料 Advanced Materials 等期刊发表研究论文近40篇,获授权美国发明专利三项、中国国防发明专利两项。


研究概述:

随着大家对人工超构材料Metamaterials中丰富的光物理现象的不断探索,例如,实现了在超分辨透镜、隐身斗笠、纳米激光、电磁诱导透明、超快光开关、生物传感、量子光学等领域的众多突破性进展。作为一柄双刃剑,金属的损耗并未阻碍人工电磁材料的进一步拓展应用,相反金属(金、银、铜、铝等)在超材料、等离激元微纳光学结构中的光场局域效应也可用于增强光与物质的相互作用。此外,金属结构的良好导电性也使得其在未来的微纳电-光器件中将发挥重要作用。

人工超构表面Metasurface 在近几年越来越得到各国科学家的关注。这主要是因为:相比于三维的超构电磁料 Metamaterial 来说,准二维的超构表面中光损耗相对较少、设计与器件加工制备也相对容易。目前,光学超构表面已被广泛用于改变出射光束的相位信息、振幅特性。基于相应机制,平面透镜成像、类光自旋-轨道相互作用、超薄光学波片、光束波前整形等功能或者现象得以实现。人工电磁表面的概念也进一步从金属材质 (Plasmonic Metasurface) 拓展到低损耗的介质微纳结构 (Dilectric Metasurface) 中。相关进展极大丰富了我们利用亚波长厚度元器件对电磁场(可见光、近红外光,太赫兹、微波等波段)进行调控的手段,为设计新型光学元件提供更坚实的光物理基础。近年来,课题组负责人与合作者在人工电磁表面领域做了大量的理论与实验研究工作,并取得不错进展。例如:


1. 光学超构表面与光的自旋-轨道耦合

开展了超构电磁表面上的光的自旋(Spin Angular Momentum)轨道角动量 (Orbital Angular Momentum)、涡旋光束(Optical Vortex)产生等领域的研究。通过旋转金亚波长尺寸的金属矩形小孔或者纳米棒的方向,可以将几何相位引入到散射光场中进而可以控制光的自旋与轨道角动量两个自由度。此项研究在芯片上的光信息处理、多维度光编码、光通信等领域具有重要的应用前景。相关结果发表于Nano Lett. 13, 4148-4151, 2013。研究得到了Nature Photonics 主编 Rachel Won 博士的高度评价,并以研究亮点形式介绍(Research Highlight: Nat. Photon. 7, 849, 2013)。


2. 光学超构表面与高效率全息显示

开展高效率超构表面全息成像研究。利用三明治设计以及金的纳米棒产生的几何相位,在研究中实现了16阶相位梯度、广角、宽光谱及高达80%转换效率的全息光学元件。元件中的相位梯度制作过程只涉及一次电子束曝光及金属的沉积过程,相比传统的介质器件加工成本大大降低。此项技术在显示,成像,激光光束整形等领域具有重要应用前景。相关成果在Nature Nanotechnology 以头条形式提前在线发表Nature Nanotechnology 10, 308-312 (2015)。该杂志同期配以新闻视角的评论文章加以重点介绍,评论员评价本项研究融合众多优势、非常接近实际应用。News and Views: Nat. Nanotech., 10, 296-298, 2015)。在另外一项全息显示的研究中采用了价格更低廉的铝和银,实现了可见光波段的高效率全息显示 Nature Communications, DOI:10.1038/NCOMMS9241 (2015)


3. 超构表面与非线性光学

        研究组一直致力于研究超构电磁材料与飞秒激光脉冲的相互作用机制,特别是非线性谐波辐射过程中的相位匹配问题。研究成果包括:利用金属鱼网结构中表面等离共振增强效应实现的高效率的三次谐波辐射 Appl. Phys. Lett.98, 261909, 2011,首次利用金/介电材料/金的三明治超材料产生的三次谐波辐射 Third Harmonic Generation 实现非线性 Fano调制 Phys. Rev. B 84, 235437, 2011

        此前,超构电磁表面领域的理论与实验研究还主要集中在线性光学范畴。我们较早探索了超构电磁界面上的非线性光学现象。例如, 利用表面等离共振增强效应,设计出对圆偏振光响应的非线性超颖电磁界面。从理论和实验上揭示了非线性光学二次 (Second Harmonic Generation)、三次谐波(Third Harmonic Generation)辐射过程与超构界面的旋转对称性之间的关系。相关结果发表于物理评论快报 Phys. Rev. Lett. 113, 033901, 2014。

我们首次将非线性Berry 几何相位的概念引入到非线性光学超构表面的研究中,并成功利用超构电磁表面实现非线性极化相位的连续可调。在此项研究中,利用有机功能材料-金属复合型电磁表面上的高效三倍频辐射增强的现象,有效解决金属结构本身非线性光学相迎效率较低的问题。在理论和数值模拟上深入研究了的非线性Berry几何相位的存在并在实验上给予了验证。我们提出的非线性Berry相位的方法可以对非线性谐波辐射 (包括高次谐波辐射,High Harmonic Generation)提供0-2π 的连续相位可调,而传统的非线性晶体极化技术只能提供0、π 两个相位。并且可以在亚波长尺度上通过简单旋转超构单元(Meta-Atom)的方向进行灵活调控。每个相位单元的尺寸只有400nm x 400 nm。 非线性Berry 几何相位 (Nonlinear Geometric Berry Phase) 的概念成功将超构电磁表面的多维度调控功能与非线性光学过程有效结合在一起;通过深入理解超构电磁表面上的光物理机制,为进一步优化非线性光学过程的转换效率,为将来实现超构电磁表面的芯片集成、多维度光信息处理、光互联、量子调控等基础与应用研究储备了新概念和新技术。相关结果以提前在线形式发表于 Nature Materials (Nat. Mater.DOI: 10.1038/nmat4267, 2015),。媒体报道:Belle Dumé, Controlling nonlinearity in metamaterials, http://nanotechweb.org/cws/article/tech/60949

如果将非线性光学超构表面理解为一个静态的空间光调制器(Spatial Light Modulator, 基于液晶技术,可用于全息显示),那么不难想象非线性Berry 几何相位 (Nonlinear Geometric Berry Phase),可以应用于非线性光学全息成像、非线性光学信息加密等领域。


研究领域:

光学超构材料、超构表面 Photonic Metamaterials and Metasurface非线性光学 Nonlinear Optics;  

表面等离激元  Plasmonics有机固态激光 Organic Solid State Laser纳米光学元件加工 Nanofabrication 

  

Invited Talks:

“Nonlinear plasmonic metasurface”, META’15, the 6th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics, New York City, USA, August 2015。



第十二批中组部青年千人计划 (2016)