陳云天，華中科技大學光電學院教授，武漢光電國家研究中心及華中科技大學集成電路學院雙聘教授，博士生導師。研究方向主要包含研究復雜介質(zhì)/結(jié)構(gòu)中光傳輸和散射，光學基礎理論/數(shù)值算法/仿真軟件開發(fā)。入選國家青年人才項目，在納米光子學及電磁學計算等相關(guān)領域發(fā)表包括Nature Comm, PRL, Light Science & Applications, NJP，PRB, OE, 和APL等SCI期刊論文60多篇。

研究線性及非線性介質(zhì)/結(jié)構(gòu)中光傳輸和散射中物理現(xiàn)象，光電器件的理論建模、仿真與設計優(yōu)化、以及光學數(shù)值計算方法、光學軟件開發(fā)及光學數(shù)字孿生。 

課題組網(wǎng)站：https://hustcpo.com/

教育經(jīng)歷：

2007.9-2010.12，丹麥技術(shù)大學工學博士學位研究生(博士)畢業(yè)。

2005.10-2007.4，瑞典皇家工學院研究生(碩士)畢業(yè)。

2005.9-2007.9，浙江大學工學碩士學位研究生(碩士)畢業(yè)。

2001.9-2005.6，天津大學本科(學士)。

工作經(jīng)歷：

2023.1-至今，華中科技大學光電學院教授教授。

2013.9-2022.12，華中科技大學副教授副教授。

2010.9-2013.5，丹麥科技大學博士后。

主講課程：

資料更新中……

研究生培養(yǎng)情況：

博士 

靜玉浩，王經(jīng)緯，肖帆，劉立達，李路，程志強

碩士 

王湛文，朱秋霞，王鵬翔，謝豪，劉伊琳，李昊哲，胡軒昂，高文僑，曹偉，詹豪誠，劉帆，張浩天

已畢業(yè)博士

陳偉錦，陽浩帆，熊仲非

已畢業(yè)碩士 

張燕，胡佰強，王卓然，歐陽昕，李文，譚冬，邵鶴冉，王浩宇，李長嘯

研究領域：

1)研究復雜光學介質(zhì)中光的傳輸、散射及相關(guān)拓撲現(xiàn)象

2)結(jié)合優(yōu)化算法和機器學習，研究光電器件理論仿真與設計算法

3)研究光電器件波動物理模型、幾何射線模型的相關(guān)算法和理論

4)光電器件仿真軟件開發(fā)

承擔科研項目情況：

資料更新中…… 

發(fā)明公開：

[1]陳云天, 王經(jīng)緯, 劉立達, 靜玉浩. 一種點群對稱結(jié)構(gòu)光學器件的本征模式的計算方法和系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN117933031A, 2024-04-26.

[2]王經(jīng)緯, 陳云天, 王湛文, 劉立達. 一種基于混合波束的有限元光學仿真方法及裝置[P]. 湖北省: CN117150836A, 2023-12-01.

[3]王經(jīng)緯, 陳云天, 靜玉浩, 王湛文. 實現(xiàn)光學有限元本征頻率的計算區(qū)域壓縮方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN116911123A, 2023-10-20.

[4]劉立達, 陳云天, 王湛文, 王經(jīng)緯. 一種基于單波束的有限元光學仿真方法、系統(tǒng)及電子設備[P]. 湖北省: CN116796608A, 2023-09-22.

[5]王湛文, 陳云天, 王經(jīng)緯, 劉立達. 一種基于雙波束的有限元光學仿真方法、系統(tǒng)及電子設備[P]. 湖北省: CN116776705A, 2023-09-19.

[6]王經(jīng)緯, 陳云天. 一種二維結(jié)構(gòu)散射場的分析方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN114996991A, 2022-09-02.

[7]王經(jīng)緯, 陳云天. 一種旋轉(zhuǎn)對稱光學器件的本征模式求解方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN114996992A, 2022-09-02.

[8]朱秋霞, 陳云天, 王浩宇, 李行航. 一種光學仿真的區(qū)域劃分方法[P]. 湖北省: CN114967119A, 2022-08-30.

[9]徐競, 陳諾, 陳云天. 一種產(chǎn)生光譜解糾纏光子對的系統(tǒng)及方法[P]. 湖北省: CN114675465A, 2022-06-28.

[10]徐競, 陳諾, 陳云天. 一種量子光源系統(tǒng)及提高量子光源亮度的方法[P]. 湖北省: CN114675466A, 2022-06-28.

[11]陳云天, 王卓然. 一種雙各向異性波導的仿真方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN112231947A, 2021-01-15.

[12]胡佰強, 陳云天. 基于排序預測的納米光子學結(jié)構(gòu)的群體優(yōu)化方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN111625962A, 2020-09-04.

[13]陳云天, 徐競, 劉嘉玲. 一種基于泄漏模波導的在線矢量偏振分辨器[P]. 湖北: CN107656336A, 2018-02-02.

[14]徐競, 劉嘉玲, 陳云天. 一種基于泄漏模波導的在線模式分辨器[P]. 湖北: CN107577009A, 2018-01-12.

發(fā)明授權(quán)： 

[1]胡佰強, 陳云天. 基于排序預測的納米光子學結(jié)構(gòu)的群體優(yōu)化方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN111625962B, 2024-02-23.

[2]陳云天, 王卓然. 一種雙各向異性波導的仿真方法及系統(tǒng)[P]. 湖北省: CN112231947B, 2024-02-23.

[3]徐競, 陳諾, 陳云天. 一種產(chǎn)生光譜解糾纏光子對的系統(tǒng)及方法[P]. 湖北省: CN114675465B, 2023-04-28.

[4]徐競, 陳諾, 陳云天. 一種量子光源系統(tǒng)及提高量子光源亮度的方法[P]. 湖北省: CN114675466B, 2023-04-28.

[5]朱秋霞, 陳云天, 王浩宇, 李行航. 一種光學仿真的區(qū)域劃分方法[P]. 湖北省: CN114967119B, 2023-03-14.

[6]陳云天, 徐競, 劉嘉玲. 一種基于泄漏模波導的在線矢量偏振分辨器[P]. 湖北省: CN107656336B, 2019-06-28.

發(fā)表論文：

[1]Guo, Wenfei，Cai, Zizhe，Xiong, Zhongfei，Chen, Weijin，Chen, Yuntian*.“Efficient and accurate numerical-projection of electromagnetic multipoles for scattering objects | Frontiers of Optoelectronics203,16(48).” Accessed: Jan. 05, 2024. [Online]. Available: https://link.springer.com/article/10.1007/s12200-023-00102-2 

[2]W. Guo, Z. Cai, Z. Xiong, W. Chen, and Y. Chen, “Efficient and accurate numerical-projection of electromagnetic multipoles for scattering objects,” Front. Optoelectron., vol. 16, no. 1, Art. no. 1, Dec. 2023, doi: 10.1007/s12200-023-00102-2. 

[3]P. Wang, Y. Chen, and W. Liu, “Multi-mode optical chirality extremizations on the incident momentum sphere,” Opt. Express, OE, vol. 31, no. 18, Art. no. 18, Aug. 2023, doi: 10.1364/OE.497777. 

[4]Z. Ma, W.-J. Chen, Y. Chen, J.-H. Gao, and X. C. Xie, “Flat band localization due to self-localized orbital,” Front. Phys., vol. 18, no. 6, Art. no. 6, Jun. 2023, doi: 10.1007/s11467-023-1306-2. 

[5]Z. Wang, J. Wang, L. Liu, and Y. Chen, “Rotational Bloch Boundary Conditions and the Finite-Element Implementation in Photonic Devices,” Photonics, vol. 10, no. 6, Art. no. 6, Jun. 2023, doi: 10.3390/photonics10060691.

[6]W. Guo，Y. Chen, et al., “Simple yet effective analysis of waveguide mode symmetry: generalized eigenvalue approach based on Maxwell’s equations,” Opt. Express, OE, vol. 30, no. 21, Art. no. 21, Oct. 2022, doi: 10.1364/OE.472148.

[7]B. Zhang , Y. Chen，et al., “Dispersion-Suppressed Mode Depletion by Exceptional Points for On-Chip Nonlinear Optics,” Phys. Rev. Appl., vol. 18, no. 3, Art. no. 3, Sep. 2022, doi: 10.1103/PhysRevApplied.18.034028.

[8]Q. Yang, W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Ideal Kerker scattering by homogeneous spheres: the role of gain or loss,” Beilstein J. Nanotechnol., vol. 13, no. 1, Art. no. 1, Aug. 2022, doi: 10.3762/bjnano.13.73.

[9]Z. Xiong, F. O. Wu, J.-T. Lü, Z. Ruan, D. N. Christodoulides, and Y. Chen, “$K$-space thermodynamic funneling of light via heat exchange,” Phys. Rev. A, vol. 105, no. 3, Art. no. 3, Mar. 2022, doi: 10.1103/PhysRevA.105.033529. 

[10]H. Shi et al., “Robust exceptional point of arbitrary order in coupled spinning cylinders,” Opt. Express, OE, vol. 29, no. 19, Art. no. 19, Sep. 2021, doi: 10.1364/OE.432321. 

[11]H. Yang, Y. Chen, et al., “Optically Reconfigurable Spin-Valley Hall Effect of Light in Coupled Nonlinear Ring Resonator Lattice,” Phys. Rev. Lett., vol. 127, no. 4, Art. no. 4, Jul. 2021, doi: 10.1103/PhysRevLett.127.043904. 

[12]W. Chen, Q. Yang, Y. Chen, and W. Liu, “Extremize Optical Chiralities through Polarization Singularities,” Phys. Rev. Lett., vol. 126, no. 25, Art. no. 25, Jun. 2021, doi: 10.1103/PhysRevLett.126.253901. 

[13]W. Chen, Q. Yang, Y. Chen, and W. Liu, “Evolution and global charge conservation for polarization singularities emerging from non-Hermitian degeneracies,” PNAS, vol. 118, no. 12, Art. no. 12, Mar. 2021, doi: 10.1073/pnas.2019578118. 

[14]Q. Yang, W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Symmetry Protected Invariant Scattering Properties for Incident Plane Waves of Arbitrary Polarizations,” Laser & Photonics Reviews, vol. 15, no. 6, Art. no. 6, 2021, doi: 10.1002/lpor.202000496. 

[15]Z. Xiong, W. Chen, Z. Wang, J. Xu, and Y. Chen, “Finite element modeling of electromagnetic properties in photonic bianisotropic structures,” Front. Optoelectron., vol. 14, no. 2, Art. no. 2, 2021, doi: 10.1007/s12200-021-1213-5. 

[16]Z. Xiong, R.-Y. Zhang, R. Yu, C. T. Chan, and Y. Chen, “Hidden-symmetry-enforced nexus points of nodal lines in layer-stacked dielectric photonic crystals,” Light: Science & Applications, vol. 9, no. 1, Art. no. 1, Oct. 2020, doi: 10.1038/s41377-020-00382-9. 

[17]B. Wu, K. Ding, C. T. Chan, and Y. Chen, “Machine Prediction of Topological Transitions in Photonic Crystals,” Phys. Rev. Applied, vol. 14, no. 4, Art. no. 4, Oct. 2020, doi: 10.1103/PhysRevApplied.14.044032. 

[18]Q. Yang, W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Scattering and absorption invariance of nonmagnetic particles under duality transformations,” Phys. Rev. A, vol. 102, no. 3, Art. no. 3, Sep. 2020, doi: 10.1103/PhysRevA.102.033517. 

[19]陳云天, 王經(jīng)緯, 陳偉錦, and 徐競, “互易波導模式耦合理論,” Acta Phys. Sin., vol. 69, no. 15, Art. no. 15, Aug. 2020, doi: 10.7498/aps.69.20200194. 

[20]Q. Yang, W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Electromagnetic Duality Protected Scattering Properties of Nonmagnetic Particles,” ACS Photonics, vol. 7, no. 7, Art. no. 7, Jul. 2020, doi: 10.1021/acsphotonics.0c00555. 

[21]W. Chen, Q. Yang, Y. Chen, and W. Liu, “Scattering activities bounded by reciprocity and parity conservation,” Phys. Rev. Research, vol. 2, no. 1, Art. no. 1, Mar. 2020, doi: 10.1103/PhysRevResearch.2.013277. 

[22]Z. Xiong , Y. Chen,et al., “On the constraints of electromagnetic multipoles for symmetric scatterers: eigenmode analysis,” Opt. Express, OE, vol. 28, no. 3, Art. no. 3, Feb. 2020, doi: 10.1364/OE.382239. 

[23]W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Line Singularities and Hopf Indices of Electromagnetic Multipoles,” Laser & Photonics Reviews, vol. 14, no. 7, Art. no. 7, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/lpor.202000049. 

[24]B. Hu, Y. Chen, et al., “Robust inverse-design of scattering spectrum in core-shell structure using modified denoising autoencoder neural network,” Opt. Express, OE, vol. 27, no. 25, Art. no. 25, Dec. 2019, doi: 10.1364/OE.27.036276. 

[25]H. Hu, L. Zhang, C. Zhang, Y. Chen, J. Xu, and X. Zhang, “Lumped Dissipation Induced Quasi-Phase Matching for Broad and Flat Optical Parametric Processes,” IEEE Photonics Journal, vol. 11, no. 6, Art. no. 6, Dec. 2019, doi: 10.1109/JPHOT.2019.2947331. 

[26]H. Shi , Y. Chen,et al., “Gauge-field description of Sagnac frequency shift and mode hybridization in a rotating cavity,” Opt. Express, OE, vol. 27, no. 20, Art. no. 20, Sep. 2019, doi: 10.1364/OE.27.028114. 

[27]Y. Chen et al., “Non-Abelian gauge field optics,” Nature Communications, vol. 10, no. 1, Art. no. 1, Jul. 2019, doi: 10.1038/s41467-019-10974-8. 

[28]B. Wu, Z. Wang, W. Chen, Z. Xiong, J. Xu, and Y. Chen, “S-parameters, non-Hermitian ports and the finite-element implementation in photonic devices with 𝒫𝒯-symmetry,” Opt. Express, OE, vol. 27, no. 13, Art. no. 13, Jun. 2019, doi: 10.1364/OE.27.017648. 

[29]W. Li, D. Tan, J. Xu, S. Wang, and Y. Chen, “Finite element based Green’s function integral equation for modelling light scattering,” Opt. Express, OE, vol. 27, no. 11, Art. no. 11, May 2019, doi: 10.1364/OE.27.016047. 

[30]W. Chen, Z. Xiong, J. Xu, and Y. Chen, “Generalized coupled-mode formalism in reciprocal waveguides with gain, loss, anisotropy, or bianisotropy,” Phys. Rev. B, vol. 99, no. 19, Art. no. 19, May 2019, doi: 10.1103/PhysRevB.99.195307. 

[31]W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Singularities and Poincar\’e Indices of Electromagnetic Multipoles,” Phys. Rev. Lett., vol. 122, no. 15, Art. no. 15, Apr. 2019, doi: 10.1103/PhysRevLett.122.153907. 

[32]S. Wang, B. Hou, W. Lu, Y. Chen, Z. Q. Zhang, and C. T. Chan, “Arbitrary order exceptional point induced by photonic spin–orbit interaction in coupled resonators,” Nature Communications, vol. 10, no. 1, Art. no. 1, Feb. 2019, doi: 10.1038/s41467-019-08826-6. 

[33]W. Chen, Y. Chen, and W. Liu, “Multipolar Conversion Induced Subwavelength High-Q Kerker Supermodes with Unidirectional Radiations,” Laser & Photonics Reviews, vol. 13, no. 9, Art. no. 9, 2019, doi: 10.1002/lpor.201900067. 

[34]Y. Lu, Y. Chen, J. Xu, T. Wang, and J.-T. Lü, “Decay channels of gap plasmons in STM tunnel junctions,” Opt. Express, OE, vol. 26, no. 23, Art. no. 23, Nov. 2018, doi: 10.1364/OE.26.030444. 

[35]Z. Liu, Q. Zhang, F. Qin, Y. Chen, and J. J. Xiao, “Mode coupling in $\mathcal{PT}$-symmetric photonic crystals with a flat band,” Phys. Rev. A, vol. 98, no. 4, Art. no. 4, Oct. 2018, doi: 10.1103/PhysRevA.98.043844. 

[36]H. Yang, W. Chen, H. Hu, J. Xu, Y. Chen, and X. Zhang, “On the Hamiltonian form of cross-mode modulation in nonlinear optical waveguides,” Opt. Lett., OL, vol. 43, no. 20, Art. no. 20, Oct. 2018, doi: 10.1364/OL.43.005005. 

[37]L. Peng , Y. Chen,et al., “Giant Asymmetric Radiation from an Ultrathin Bianisotropic Metamaterial,” Advanced Science, vol. 5, no. 7, Art. no. 7, Jul. 2018, doi: 10.1002/advs.201700922. 

[38]J. Xu, J. Liu, H. Shi, and Y. Chen, “Spatial mode discriminator based on leaky waveguides,” J. Opt., vol. 20, no. 6, Art. no. 6, 2018, doi: 10.1088/2040-8986/aabc65. 

[39]L. Peng , Y. Chen,et al., “Spin Momentum–Locked Surface States in Metamaterials without Topological Transition,” Laser & Photonics Reviews, vol. 12, no. 8, Art. no. 8, 2018, doi: 10.1002/lpor.201800002. 

[40]Z. Xiong, W. Chen, P. Wang, and Y. Chen, “Classification of symmetry properties of waveguide modes in presence of gain/losses, anisotropy/bianisotropy, or continuous/discrete rotational symmetry,” Opt. Express, OE, vol. 25, no. 24, Art. no. 24, Nov. 2017, doi: 10.1364/OE.25.029822. 

[41]Y. Chen, Y. Zhang, and A. F. Koenderink, “General point dipole theory for periodic metasurfaces: magnetoelectric scattering lattices coupled to planar photonic structures,” Opt. Express, OE, vol. 25, no. 18, Art. no. 18, Sep. 2017, doi: 10.1364/OE.25.021358. 

[42]Z.-Z. Liu, Q. Zhang, Y. Chen, and J.-J. Xiao, “General coupled-mode analysis of a geometrically symmetric waveguide array with nonuniform gain and loss,” Photon. Res., PRJ, vol. 5, no. 2, Art. no. 2, Apr. 2017, doi: 10.1364/PRJ.5.000057. 

[43]B. Wu, J. Wang, M. Xiao, J. Xu, and Y. Chen, “Strong hybridization of edge and bulk states in dimerized PT-symmetric coupled waveguide chain,” Opt. Express, OE, vol. 25, no. 2, Art. no. 2, Jan. 2017, doi: 10.1364/OE.25.001040. 

[44]L. Peng, X. Zheng, K. Wang, S. Sang, Y. Chen, and and G. Wang, “Layer-by-Layer Design of Bianisotropic Metamaterial and its Homogenization,” Progress In Electromagnetics Research, vol. 159, pp. 39–47, 2017, doi: 10.2528/PIER17041502. 

[45]B. Wu, B. Wu, J. Xu, J. Xiao, and Y. Chen, “Coupled mode theory in non-Hermitian optical cavities,” Optics Express, vol. 24, no. 15, Art. no. 15, Jul. 2016, doi: 10.1364/OE.24.016566. 

[46]Y. Ou, D. Pardo, and Y. Chen, “Fourier finite element modeling of light emission in waveguides: 25-dimensional FEM approach,” Optics Express, vol. 23, no. 23, Art. no. 23, Nov. 2015, doi: 10.1364/OE.23.030259. 

[47]D. Iida , Y. Chen,et al., “Internal quantum efficiency enhancement of GaInN/GaN quantum-well structures using Ag nanoparticles,” AIP Advances, vol. 5, no. 9, Art. no. 9, Sep. 2015, doi: 10.1063/1.4931948. 

[48]J. Xu and Y. Chen, “General coupled mode theory in non-Hermitian waveguides,” Optics Express, vol. 23, no. 17, Art. no. 17, Aug. 2015, doi: 10.1364/OE.23.022619.       PDF

[49]J. Xu, B. Wu, and Y. Chen, “Elimination of polarization degeneracy in circularly symmetric bianisotropic waveguides: a decoupled case,” Opt. Express, vol. 23, no. 9, Art. no. 9, May 2015, doi: 10.1364/OE.23.011566. 

[50]A. Fadil et al., “Surface plasmon coupling dynamics in InGaN/GaN quantum-well structures and radiative efficiency improvement,” Scientific Reports, vol. 4, p. 6392, Sep. 2014, doi: 10.1038/srep06392. 

[51]S. Kumar, A. Huck, Y. Chen, and U. L. Andersen, “Coupling of a single quantum emitter to end-to-end aligned silver nanowires,” Applied Physics Letters, vol. 102, no. 10, Art. no. 10, Mar. 2013, doi: 10.1063/1.4795015. 

[52]M. Munsch , Y. Chen,et al., “Linearly Polarized, Single-Mode Spontaneous Emission in a Photonic Nanowire,” Phys. Rev. Lett., vol. 108, no. 7, Art. no. 7, Feb. 2012, doi: 10.1103/PhysRevLett.108.077405. 

[53]M. Frimmer, Y. Chen, and A. F. Koenderink, “Scanning Emitter Lifetime Imaging Microscopy for Spontaneous Emission Control,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 12, Art. no. 12, Sep. 2011, doi: 10.1103/PhysRevLett.107.123602. 

[54]Y. Chen, M. Wubs, J. M?rk, and A. F. Koenderink, “Coherent single-photon absorption by single emitters coupled to one-dimensional nanophotonic waveguides,” New J. Phys., vol. 13, no. 10, Art. no. 10, 2011, doi: 10.1088/1367-2630/13/10/103010. 

[55]Y. Chen, P. Lodahl, and A. F. Koenderink, “Dynamically reconfigurable directionality of plasmon-based single photon sources,” Phys. Rev. B, vol. 82, no. 8, Art. no. 8, Aug. 2010, doi: 10.1103/PhysRevB.82.081402. 

[56]Y. Chen, N. Gregersen, T. R. Nielsen, J. Mørk, and P. Lodahl, “Spontaneous decay of a single quantum dot coupled to a metallic slot waveguide in the presence of leaky plasmonic modes,” Opt. Express, OE, vol. 18, no. 12, Art. no. 12, Jun. 2010, doi: 10.1364/OE.18.012489. 

[57]Y. Chen, T. R. Nielsen, N. Gregersen, P. Lodahl, and J. Mørk, “Finite-element modeling of spontaneous emission of a quantum emitter at nanoscale proximity to plasmonic waveguides,” Phys. Rev. B, vol. 81, no. 12, Art. no. 12, Mar. 2010, doi: 10.1103/PhysRevB.81.125431.

[58]Optical isolation induced by subwavelength spinning particle via spin-orbit interaction..[J].Physical Review B,2021,(9):

[59]Arbitrary polarization-independent backscattering or reflection by rotationally symmetric reciprocal structures.[J].Physical Review B,2021,(4):

[60]Scattering invariance for arbitrary polarizations protected by joint spatial-duality symmetries..[J].Physical Review B,2020,(15):155427  

[61]Global Mie Scattering: Polarization Morphologies and the Underlying Topological Invariant..[J].ACS omega,2020,(23):14157-14163   PDF

[62]In-plane coherent control of plasmon resonances for plasmonic switching and encoding.[J].Light Sci Appl,2019,(8):1-10 

[63]Influence of near-field coupling from Ag surface plasmons on InGaN/GaN quantum-well photoluminescence.[J].Journal of Luminescence,2016,213-216 

[64]From weak to strong coupling of localized surface plasmons to guided modes in a luminescent slab.[J].Phys. Rev. B,2014,(23):235406 

[65]Generation and detection of the photonic qutrit by linear optics, Quantum Inform.[J].Quantum Inform. Compu,2008,(5):386-398

[66]Scintillation properties of dark hollow beams in a weak turbulent atmosphere.[J].Applied Physics B: Lasers and Optics,2008,(90):87-92

[67]Scintillation index of elliptical Gaussian beam in turbulent atmosphere.[J].Opt. Lett,2007,(16):2405-2407

[68]Propagation of laser array beams in a turbulent atmosphere.[J].Applied Physics B: Lasers and optics,2007,467-475 

[69]陳云天, 邵鶴冉, 楊振宇, 萬辰皓. “物理光學”中菲涅耳波法線方程的教學范式及探索[J]. 科教導刊, 2022, (23): 112-114. 

邀請報告:

1.荷蘭原子分子物理研究所，2010年4月12號，報告題目：“Interfacing single-photon-single-emitter interaction by optical nanoantenna”

2. 丹麥科技大學物理學院，2011年12月2日，報告題目：“Exciting one atom using one photon”；

3. 丹麥波爾研究所，2011年12月12日，報告題目：“On the validity of Loudon's Sum rule”；

4.北京郵電大學信息光子學與光通信國家重點實驗室，2012年12月21，報告題目 “Single photon emission and absorption in nanophotonic waveguides”；

5. 華中科技大學交叉論壇，2013年10月26日，報告題目：“納米光子學及其應用”； 

6. 華中科技大學納米光子學論壇，2013年11月22日，報告題目：“Plasmonic lattice coupled to waveguide” ;

7. 華中科技大學武漢國家光電實驗室（籌），2014年12月25日，報告題目：“光學的兩個基本概念及幾何拓撲方面的一點思考”； 

8. 香港科技大學賽馬會高等研究院，2015年4月1日，報告題目：“Mode hybridization in bianisotropy waveguides”； 

9. 哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院，2015年4月7日，報告題目“Mode hybridization in bianisotropy waveguides”； 

10.華中科技大學物理科學與技術(shù)學院，2015年7月1日，報告題目：“Berry phase in topological insulator: 1D”； 

11.香港科技大學賽馬會高等研究院，2015年8月25日，報告題目：“General coupled mode theory in non-Hermitian waveguides”； 

12.華中科技大學納米光子學前沿團隊，2016年1月8日，報告題目：“磁電偶極子點陣和雙各項異性波導”； 

13.香港科技大學賽馬會高等研究院 波物理前沿概念冬令營 & 研討會,2016年1月15日，報告題目：“General point dipole theory for periodic meta-surface； 

14.蘇州大學物理與光電能源學部，2016年4月8日，報告題目：“General coupled mode theory in non-Hermitian optical structures”； 

15.香港科技大學賽馬會高等研究院，2016年12月5日，報告題目：“Finite element modeling of non-self-adjoint waveguide problems”； 

16.華中科技大學武漢國家光電實驗室（籌），2017年1月16日，報告題目：“Finite element modeling of non-self-adjoint waveguide problems”； 

17.暨南大學信息科學技術(shù)學院電子工程系，2018年11月16日，報告題目：“Multipolar Conversion Induced Subwavelength High-Q Supermodes With Unidirectional Radiations”； 

18.重慶大學微納光子結(jié)構(gòu)研討會，2019年6月30日，報告題目：“動量球上的強度奇點與偏振奇點”； 

19.2019年國際光子與光電子學會議（POEM），武漢,  2019年11月12日，報告題目：“Non-abelian gauge field optics and spin-photonics”； 

20.山東師范大學大學物理與電子科學學院，2019年5月29日，報告題目：“Non-Abelian gauge field optics”; 

21.中佛羅里達大學光學和光子學學院，2019年7月24號，報告題目：“Brief summary of Yuntian’s work”; 

22.武漢大學物理科學與技術(shù)學院，2019年9月5日，報告題目：“Non-Abelian Gauge Field Optics & Symmetry enforced Nexus points 

23.北京理工大學物理學院，2019年12月2日，報告題目：“Non Abelian gauge field optics and Spin-photonics”; 

24.華中科技大學武漢光電國家研究中心，2020年5月2日（線上），報告題目：“PT對稱破缺的基本原理與應用”； 

25.光學前沿在線論壇，2020年9月26日（線上），報告題目：“光子晶體隱藏對稱性和高階簡并”； 

26.第四屆光學青年科學家論壇，寧波，2020年12月6日，報告題目：“機器學習在光學中的應用”; 

27.湖南大學Metaphotonics研討會，長沙，2020年12月19日，報告題目：“非阿貝爾規(guī)范場光學與自旋光子學”； 

28.第二屆光電子集成芯片立強論壇暨硅光技術(shù)與應用研討會，重慶，2021年5月15日，報告題目：“機器學習在光學及光電器件優(yōu)化設計中的應用”; 

29.第十二屆國際信息光學與光子學學術(shù)會議,西安，2021年7月25日，報告題目：“Symmetry, constraints and invariance of light scattering for finite-size scatters”； 

30.國防科技大學光子學研究生夏令營，長沙，2021年7月28日，報告題目：“微納光子器件數(shù)值仿真”； 

31.2021年國際光子與光電子學會議（POEM），武漢，2021年11月6日，報告題目（keynote）：“Symmetry in light scattering and finite element optical solver development”； 

32.武漢大學物理科學與技術(shù)學院，武漢，2021年12月4日，報告題目：“Symmetry in light scattering”；

榮譽獎勵：

1、優(yōu)秀教師班主任,校級,校級,2021-12-03

2、華中科技大學2019~2020學年青年教師教學競賽二等獎,校級,校級,二等獎,2020-12-09

3、入選國家級青年人才項目,國家級,國家級,2022-11-01

4、我最喜愛教師班主任,校級,校級,2019-01-19

科學中國人報道：

——記華中科技大學光電學院教授、博士生導師陳云天

2024-03-12

如果說基礎研究是科技創(chuàng)新的“總開關(guān)”，那么光學基礎研究就是那個打開光電領域科技創(chuàng)新的“總開關(guān)”。

 

對華中科技大學光電學院教授，武漢光電國家研究中心及華中科技大學集成電路學院雙聘教授陳云天來說，要打開光電領域科技創(chuàng)新的“總開關(guān)”，就需要將光學基礎理論及計算光學的核心算法和我國光電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)需求緊密結(jié)合，在其中的痛點、難點及前沿熱點問題的研究上取得突破。

瞄準行業(yè)亟須解決的“卡脖子”問題，近年來，陳云天帶領計算物理光學團隊圍繞復雜介質(zhì)光傳輸?shù)墓鈱W基礎理論和底層數(shù)值算法的研究，在復雜介質(zhì)光傳輸領域提出了一系列創(chuàng)新性理論和計算方法，為發(fā)展跨尺度光學系統(tǒng)的底層算法打下基礎，并取得了多項突破，包括利用幾何光學與波動光學融合的思想，借助數(shù)值計算工具，首次揭示了復雜介質(zhì)光傳輸?shù)姆前⒇悹栆?guī)范場效應及隱藏對稱性；將對稱性/變分原理及格林函數(shù)傳播子技術(shù)等基本數(shù)學物理方法應用到光學數(shù)值計算中，發(fā)展了一系列原創(chuàng)性光學仿真算法與技術(shù)，在某些點技術(shù)工具上突破了光電領域常規(guī)商用仿真設計軟件的底層限制等。

“年輕的研究者需要培養(yǎng)自己的學術(shù)品位，在‘能做什么’和‘想做什么’中做出獨立的價值判斷，進而在堅持不懈的研究中實現(xiàn)創(chuàng)新。”認清自己，瞄準遠方，腳踏實地，埋首前行，陳云天和他的研究團隊繼續(xù)前行在突破光電領域重要關(guān)卡的攻關(guān)征程上。

揭秘微妙的“隱藏對稱性”

對稱性原理是現(xiàn)代物理學發(fā)展的基石，在人們揭示自然規(guī)律和建立物理定律的過程中起到了關(guān)鍵作用。而光學作為物理學的一個重要分支，對稱性之于物理學的重要性同樣適用于光學體系。

近期研究發(fā)現(xiàn)，光學體系存在微妙的隱藏對稱性，導致了空間群無法解釋的簡并度和奇異的光傳輸現(xiàn)象。光學隱藏對稱性涉及奇異光學、手征光學與拓撲光子學等多個前沿交叉領域，含有豐富的物理內(nèi)涵和廣闊的應用前景。鑒于對稱性在物理學的各個領域（包括光學領域）的重要性和支配地位，系統(tǒng)性地研究光學體系的隱藏對稱性的原理及構(gòu)造方法，不僅進一步豐富甚至反哺物理學中隱藏對稱性的研究手段和方法，還對增強光學與物質(zhì)相互作用、奇異光學、拓撲光子學、光場調(diào)控都有十分重要的意義。然而，盡管其他物理體系的隱藏對稱性研究有著悠久的歷史和相對成熟的研究手段，但光學體系因缺乏有效的研究工具而進展緩慢。工欲善其事，必先利其器，揭秘微妙的“隱藏對稱性”，為光學體系研究清除障礙，正是陳云天及其團隊多年來在相關(guān)領域持續(xù)攻關(guān)的目的所在。

 

在陳云天看來，光學體系的對稱性也會導致能帶簡并，利用對稱性可以將復雜的光學問題化繁為簡，這對于揭示光傳輸、散射的新原理和新現(xiàn)象，光場調(diào)控相關(guān)的新應用，以及光學器件的設計起到至關(guān)重要的作用。在國家自然科學基金的支持下，他帶領團隊就光學隱藏對稱性及高階簡并問題開展了深入研究。前期的研究中，他們證實了一維周期光學體系存在著空間群無法解釋的隱藏對稱性，而這只是光學系統(tǒng)中的隱藏對稱性現(xiàn)象的冰山一角，也意味著光學系統(tǒng)中存在著大量未被發(fā)現(xiàn)的隱藏對稱性尚待挖掘和研究。但上述光學體系隱藏對稱性的根源缺乏深入研究，且一維光學體系的研究方法和結(jié)論都無法直接擴展到二維、三維光學體系中。經(jīng)過深入思考和學習，他帶領團隊初步證實，可通過借鑒分析力學的理論框架，在合理選取的相空間中用哈密頓正則方程重新表述麥克斯韋方程，進而系統(tǒng)全面地研究光學體系的對稱性和隱藏對稱性，在此基礎上研究隱藏對稱性誘導的高階簡并及相關(guān)效應與應用。

陳云天借鑒楊振寧先生的規(guī)范變換思想，在實空間引入規(guī)范變換，用幾何光學思想處理波動光學問題：將光束等效為光粒子流（幾何光線），將偏振等效為自旋，將復雜介質(zhì)中光與物質(zhì)的相互作用等效為作用在自旋態(tài)上的規(guī)范場，從而將復雜介質(zhì)環(huán)境下光傳輸?shù)柠溈怂鬼f方程重新表述為光粒子流的方向和粒子自旋相互耦合相互作用的動力學方程，揭示復雜介質(zhì)光傳輸?shù)姆前⒇悹栆?guī)范場效應隱藏對稱性，預測了光學震顫及光學非阿貝爾AB效應，為復雜介質(zhì)中光傳輸理論分析和數(shù)值計算提供了新的解決思路。

研究成果獲得了業(yè)界的肯定和贊譽。美國麥克阿瑟獎得主、麻省理工學院物理學馬林·索爾賈希克（Marin Soljacic）教授團隊在《科學》（Science）上發(fā)表論文，首次在光學體系中驗證了楊振寧先生的非阿貝爾規(guī)范場理論，而陳云天團隊提出的光學非阿貝爾AB效應的干涉對比度測量方案得到教授團隊在實驗中采納。芝加哥大學維泰利（Vitelli）教授發(fā)表在《自然》（Nature）上的論文指出，“非阿貝爾現(xiàn)象也存在于實空間問題中，如光學領域中理論預測和實驗報道的非阿貝爾AB效應現(xiàn)象”，其中“理論預測”指的就是陳云天團隊的工作，“實驗報道”是指馬林教授發(fā)表在《科學》論文上的實驗。除此之外，陳云天團隊的工作還多次被《自然》（Nature）、《科學》（Science）、《自然·光子學》（Nature Photoncis）、《物理評論快報》（Physical Review Letters）等重要期刊引用。

陳云天團隊的研究不僅加深了領域?qū)�光學體系隱藏對稱性、高階簡并及相關(guān)光學現(xiàn)象的理解和認知，豐富了物理體系中隱藏對稱性的研究內(nèi)容和研究技術(shù)手段，也有望為奇異光學、光與物質(zhì)相互作用增強、拓撲光場調(diào)控提供新理論和新途徑。

架起理論和應用連接橋梁

科學理論技術(shù)唯有搬下象牙塔最終走向應用才能真正實現(xiàn)它的價值。雖然在基礎理論研究領域深耕，陳云天和他帶領的團隊卻一直心存一份為理論研究和應用研究搭建起一座座“彩虹橋梁”的夢想，而他們實現(xiàn)夢想的“鑰匙”就是突破一系列光學仿真算法、技術(shù)瓶頸，打破光電領域仿真設計軟件的限制，助力推動領域關(guān)鍵技術(shù)的自主可控。

在光學電磁理論研究領域孜孜不倦探索的過程中，陳云天始終有一個難題縈繞在的腦海中——如何將幾何光學與波動光學兩種截然不同的仿真技術(shù)統(tǒng)一在一起完成跨尺度光學結(jié)構(gòu)的仿真？這個問題不僅技術(shù)上存在極大挑戰(zhàn)，而且有著廣泛的應用需求，在計算光刻技術(shù)、晶圓檢測、激光雷達、AR/MR等多種跨尺度光學系統(tǒng)中都發(fā)揮基礎性作用。心之所向，素履以往。將理論及技術(shù)研究與應用需求緊密結(jié)合，他帶領團隊踏上了攻堅克難的探索征程。

幾何光學的分析方法是對波動光學的短波近似，然而是近似就會產(chǎn)生誤差。準確性和速度在仿真計算、產(chǎn)品設計優(yōu)化中常常是一對難以平衡的因素。尤其在幾何光學領域，當透鏡尺寸越做越小，快而不準的問題日益凸顯，成為困擾相關(guān)領域科研工作者的瓶頸。采用波動光學的方法去分析，確實能解決諸如微納結(jié)構(gòu)這類較小結(jié)構(gòu)的數(shù)值計算問題，倘若能夠承擔龐大的計算代價，算力足夠或許能突破幾個量級，然而面對跨尺度問題，從微納至宏觀，幾何光學和波動光學在此時都顯得捉襟見肘。

為突破相關(guān)領域的瓶頸，陳云天和團隊竭盡全力尋求創(chuàng)新解決之道：一方面，通過物理與算法的融合開發(fā)，不斷地提高波動光學的求解能力，向著幾何光學的仿真極限邁進。他們盡可能彌合二者之間的鴻溝，在某些特殊的應用場景之中，例如微米到厘米的尺度下實現(xiàn)了幾何光學與波動光學的聯(lián)合仿真，使二者各司其職、各取所長，解決了跨尺度光學設備仿真的實際問題；另一方面，陳云天團隊探索將幾何光學和波動光學融合的物理思想應用到數(shù)值計算方法中，發(fā)展了光學數(shù)值計算“幾何波”（ray-wave）的初步原型概念，從而將幾何光線自動化區(qū)域分割和波動光學有限元區(qū)域分解技術(shù)相結(jié)合以實現(xiàn)一體化跨尺度光學仿真。

目前幾何波算法還處于前期探索階段，距離“一體化”跨尺度光學跨尺度仿真技術(shù)的成熟落地還有相當大的距離。陳云天曾說，科研猶如攀登，而一個個科研問題就猶如一座座高低不等的山峰。每個科研工作者心中都有一座“珠穆朗瑪峰”，他們在珠峰的吸引之下踏上漫長的征途。當他們意識到這座高山不可輕易登頂，會將它牢記于心，隨后將其他可以攀登的山峰踩在腳下，作為一個又一個拾級而上的新起點，終有一日，最初的那座山會變得不那么高聳險峻。對陳云天來說，幾何波就是驅(qū)使他不斷攀登的那座山。

有夢就有動力，伴隨著一座又一座“高峰”被踩在腳下，陳云天和他帶領的團隊離助力應用的夢想又近了一步。近年來，他們將對稱性/變分原理及格林函數(shù)傳播子技術(shù)等基本數(shù)學物理方法應用到光學數(shù)值計算方法中，發(fā)展了一系列原創(chuàng)性光學仿真算法與技術(shù)，突破了光電領域常規(guī)商用仿真設計軟件的底層限制。他們還參與了光電領域第一個光電設計自動化國家重點研發(fā)計劃專項，利用慢包絡技術(shù)解決了大縱橫比硅光芯片射頻器件有限元仿真難題。

2022年，工信部產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同重點任務之一是攻克“復雜光學元器件的建模與仿真軟件”技術(shù)，陳云天團隊作為聯(lián)合研發(fā)團隊的重要成員，承擔光學電磁有限元核心算法和光學有限元仿真軟件技術(shù)核心組件的開發(fā)，目前已完成對光子晶體、SPP波導及各類復雜2D波導等光學有限元核心技術(shù)攻關(guān)。這些研究成果對于實驗光電仿真軟件的獨立自主可控具有重要意義，一定程度上打破國外的技術(shù)限制和封鎖，對促進我國光電子器件及集成芯片的產(chǎn)業(yè)升級，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局有現(xiàn)實意義。

注重培養(yǎng)獨立的學術(shù)品位

優(yōu)秀的青年科研人員總是有著一顆強大的內(nèi)心，他們往往不滿足于“小滿即安”，也擅長在探索未知中堅守本心。

2007年，在浙江大學獲得碩士學位后，陳云天就奔赴丹麥科技大學攻讀博士學位，2010年獲得博士學位后，他又繼續(xù)在丹麥科技大學從事博士后研究。在丹麥將近6年的時間里，導師給了陳云天在研究上的充分信任，讓他逐步建立起自己的個人研究風格。那段時間里，他積累了豐富的科研經(jīng)驗，并磨礪了自己的研究技能。通過這些沉淀，陳云天得以站在更高的起點上，為未來的科研事業(yè)打下了堅實的基礎。

 

2013年，陳云天的人生翻開了新的篇章。他正式回國，開始了在華中科技大學光學與電子信息學院的教學生涯。在這個新的舞臺上，他的角色定位也發(fā)生了根本的變化。從博士后到博士生導師，陳云天深知這不僅僅是稱謂的改變，更是責任的加重。“那一刻我覺得自己真的是一名‘團長’了，需要站在全局的視角，決定團隊的研究方向，選擇合適的研究課題，帶領團隊在學術(shù)的道路上攀登新的高峰。”

剛回國時意氣風發(fā)，但要想取得突破卻并不容易。陳云天回國不久就遇到了一個讓他感到矛盾的問題——在“能做的事情”和“想做的事情”之間，該如何做選擇？

“兩者是矛盾的，你能做的事情可能影響力就比較小，你想做的有影響力的工作，那個時候可能能力又有限，沒法很好地去做。”面對這樣的矛盾，陳云天意識到，自己仍需沉下心來學習、積累和提升，在此過程中確立自己想做什么事情，并把自己想做的事情給做成。此后，他通過到香港科技大學、伯明翰大學、中佛羅里達大學等進行短期交流訪問，如饑似渴地擴大自己在科研上的涉獵范圍和研究深度，實現(xiàn)了有關(guān)領域的創(chuàng)新。

作為一名青年研究人員，陳云天希望能將自己的個人學術(shù)經(jīng)歷和心得體會與學生分享。他知道現(xiàn)在的學生可能也會面臨和他一樣的“痛苦”，他會勸慰他們，想做還做不了的事情恰是推動自己進步的壓力和動力。“我們要在能做的事情和想做的事情之間做選擇，需要達到一個好的平衡，進而實現(xiàn)自己學術(shù)研究上的可持續(xù)發(fā)展。”

如今，陳云天的團隊主要是博士生跟碩士生，師生組成了一個20人以內(nèi)的研究團隊，一方面做物理研究，一方面開展算法研究。對于團隊的管理，陳云天鼓勵個人的創(chuàng)新探索，對技術(shù)攻關(guān)類的科研工作，他認為不能給學生太多束縛。“在大方向下，他們對什么感興趣，就積極鼓勵他們?nèi)グ褑栴}搞清楚。”陳云天無論有多忙，都會積極參與學生的各種小組討論，“在交流碰撞中尋找到科研的靈感，在交流碰撞中追尋真理”。他還會向?qū)W生提出一些猜想，進而鼓勵他們?nèi)プC明自己的猜想是對的還是錯的。“學生會有很多自己的想法，而這些想法要得到尊重。”他說。

在培養(yǎng)學生方面，陳云天更在意培養(yǎng)他們獨立的學術(shù)品位。“一個工作拿過來，不管別人怎么說，你對這個工作是好還是壞要有一個自己的獨立評價和判斷，通過這種方式來幫助他們建立起自己的學術(shù)品位、研究品位。”他認為，獨立的學術(shù)品位意味著獨立的價值判斷，不能只是“跟風”，有了好的學術(shù)品位，才能獨立地做出好的研究成果。

“想做的事情相當于你要跳起來才能夠得著的，或者需要很努力地跳才能夠得著，這個時候就需要很仔細地去規(guī)劃自己的發(fā)展方向，因為一個人試錯的機會不多，所以需要能夠做出獨立的、比較好的判斷，找到一個適合自己的發(fā)展路徑。”陳云天說，在學術(shù)研究中心態(tài)很重要，浮躁是學術(shù)研究的大忌，面對各種各樣的誘惑、噪聲，年輕的學生或?qū)W者需要堅持自己的理念和信念，有的時候甚至是要咬牙堅持，這是一個人成長過程中的必經(jīng)階段。

如今，陳云天正帶領計算物理光學團隊致力于研究光物理的前沿熱點問題及光學仿真軟件的工程化問題。其中，用熱力學的方法開展多模光學非線性的研究，涉及非線性光學、熱力學、統(tǒng)計物理和復雜系統(tǒng)，是一個多學科交叉的前沿問題，也是一個巨大的“金礦”。“盡管國際上做相關(guān)研究的人不多，但這一問題卻非常重要，一方面能為熱力學、統(tǒng)計物理及復雜系統(tǒng)等領域注入新的理解，另一方面有可能給非線性光學帶來研究范式的轉(zhuǎn)變，催生發(fā)展新型光源的獨特機制。如果能在理論和實驗上實現(xiàn)大的突破，就能夠在世界上取得領先地位。”陳云天深知，每一次科學的突破，都離不開對未知世界的敏銳洞察和不懈探索。光物理學如同浩瀚的宇宙，充滿未知，也充滿奧秘。而他，愿做那個仰望星空且腳踏實地的人，用自己的智慧和毅力，探尋這一前沿領域的無盡秘密。

專家簡介

陳云天，華中科技大學光電學院教授，武漢光電國家研究中心及華中科技大學集成電路學院雙聘教授，博士生導師。2005年獲天津大學學士學位，2007年獲浙江大學碩士學位，2010年獲得丹麥科技大學博士學位。2011—2013年在丹麥科技大學從事博士后研究，2013年入職華中科技大學光學與電子信息學院。研究方向主要包含研究復雜介質(zhì)/結(jié)構(gòu)中光傳輸和散射，光學基礎理論/數(shù)值算法/仿真軟件開發(fā)。入選國家青年人才項目，在納米光子學及電磁學計算等領域發(fā)表SCI期刊論文60多篇。

來源：科學中國人 2024年第2期

       中國日報報道：

深耕光電仿真算法 創(chuàng)新譜寫科研華章
 ——記華中科技大學光電學院陳云天教授

 

2024-04-19 16:46　

隨著科技的不斷發(fā)展，光電技術(shù)作為新世紀以來快速發(fā)展的新興技術(shù)，在當今社會已經(jīng)成為各行各業(yè)中不可或缺的重要工具。光電設計自動化軟件（PEDA）對光通信、光計算、光顯示、光傳感、光存儲等領域發(fā)揮著重要的支撐作用，但這一直是我國光電信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問題，也是“十四五”規(guī)劃“新基建”的重大需求。光學基礎研究是光電領域科技創(chuàng)新的關(guān)鍵，而PEDA“瓶頸”主要是由于缺乏光電仿真設計軟件的底層光學物理模型及核心算法的積累不足。
 

華中科技大學光學與電子信息學院教授、武漢光電國家研究中心及華中科技大學集成電路學院雙聘教授陳云天，作為我國知名光電專家，他的研究方向主要包括研究線性及非線性介質(zhì)／結(jié)構(gòu)中光傳輸和散射的物理現(xiàn)象，光電器件的理論建模、仿真與設計優(yōu)化，以及光學數(shù)值計算方法和軟件開發(fā)。近年來，陳云天聚焦于復雜介質(zhì)光傳輸?shù)墓鈱W基礎理論和底層數(shù)值算法的研究，取得了一系列創(chuàng)新性的科研成果。他不僅突破了國外技術(shù)的壟斷，也克服了光電領域常規(guī)商用仿真設計軟件的底層限制，為我國光電技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻。 

揭秘光學系統(tǒng)隱藏對稱性  

陳云天是一名“八零后”，生于1982年，2005年本科畢業(yè)于天津大學，2007年獲得浙江大學碩士學位，在此期間，他還獲得了瑞典皇家工學院的碩士學位。碩士畢業(yè)后，陳云天前往丹麥科技大學攻讀博士，2010年獲得博士學位，并于2011至2013年在丹麥科技大學從事博士后研究。2013年，陳云天入職華中科技大學光學與電子信息學院，主要研究復雜介質(zhì)／結(jié)構(gòu)中光傳輸和散射，光學基礎理論／數(shù)值算法／仿真軟件開發(fā)。 

據(jù)陳云天介紹，在物理學領域中，對稱性原理是現(xiàn)代物理學發(fā)展的基石，在人們揭示自然規(guī)律和建立物理定律的過程中起到了關(guān)鍵作用。而光學作為物理學的一個重要分支，對稱性之于物理學的重要性同樣適用于光學體系。陳云天表示，光學體系的對稱性也會導致能帶簡并，利用對稱性可以將復雜的光學問題化繁為簡，對于揭示光傳輸、散射的新原理和新現(xiàn)象，光場調(diào)控相關(guān)的新應用，以及光學器件的設計起到至關(guān)重要的作用。 

在此之前，陳云天曾研究證實光學體系存在著空間群無法解釋的隱藏對稱性，光學隱藏對稱性涉及奇異光學、手征光學與拓撲光子學等多個前沿交叉領域，具有豐富的物理內(nèi)涵和寬廣的應用前景。但一直以來，光學體系隱藏對稱性的根源缺乏深入研究，陳云天早期在光學體系中做了顯式對稱性相關(guān)的工作，不同于光學體系中顯式對稱性的研究有強大的群論工具可供使用，也有凝聚態(tài)領域的相關(guān)工作可以借鑒，光學體系隱藏對稱性的相關(guān)研究沒有成熟的工具可供使用。在國家自然科學基金支持下，陳云天經(jīng)過前期的探索，初步證實可借鑒分析力學的理論框架，進而系統(tǒng)全面地研究光學體系的對稱性和隱藏對稱性，并在此基礎上研究隱藏對稱性誘導的高階簡并及相關(guān)效應與應用。 

此外，陳云天借鑒楊振寧先生的規(guī)范變換思想，將光束等效為光粒子流（幾何光線），將偏振等效為自旋，并將復雜介質(zhì)中光與物質(zhì)的相互作用等效為作用在自旋態(tài)上的規(guī)范場，從而將復雜介質(zhì)環(huán)境下光傳輸?shù)柠溈怂鬼f方程重新表述為光粒子流的方向和粒子自旋相互耦合相互作用的動力學方程，揭示了復雜介質(zhì)中光傳輸?shù)姆前⒇悹栆?guī)范場效應導致的另一種獨特的隱藏對稱性，為復雜介質(zhì)中光傳輸理論分析和數(shù)值計算提供了新的解決思路。

深研跨尺度光學仿真算法與應用  

“茍日新、日日新、又日新”，當今時代，創(chuàng)新才是引領發(fā)展的第一動力。隨著激光雷達和AR／VR技術(shù)的發(fā)展，其內(nèi)部的光電芯片與傳統(tǒng)光學元器件存在緊密耦合關(guān)系，整個系統(tǒng)的設計與仿真涉及微米級尺寸和幾何光學尺寸兩個尺度。比如，激光武器需要在幾何光學尺度校正對目標的成像誤差以提高跟瞄精度，同時還需要在微米級尺度上調(diào)整位相差，抵消大氣湍流引起的波前畸變以恢復相干性較好的波前。AR設備的光引擎部分使用傳統(tǒng)透鏡在幾何光學尺度上輸出圖像，利用微納尺度的衍射光柵和光波導等元件實現(xiàn)輸出圖像與真實世界圖像的融合，并傳輸至人眼。陳云天表示，上述特征尺寸介于波動光學和幾何光學之間，或者同時具有波動光學和幾何光學特征尺寸的光學元件的仿真稱為跨尺度光學仿真。 

近半個世紀以來，幾何光學仿真與波動光學仿真技術(shù)日益成熟，但是針對跨尺度光電器件仿真，幾何光學仿真無法得到準確的仿真結(jié)果，而全波仿真方法受限于計算機性能，計算時間長，無法滿足現(xiàn)代跨尺度光學系統(tǒng)的設計需求。這就需要用到跨尺度光學仿真技術(shù)，這種技術(shù)需要融合宏觀大結(jié)構(gòu)幾何光學仿真和微觀小結(jié)構(gòu)波動光學仿真，目前仍處于技術(shù)發(fā)展階段。 

跨尺度仿真技術(shù)作為未來發(fā)展方向，在國防安全、極端制造、智能芯片、自動駕駛、先進顯示等領域有廣泛的應用前景和巨大的市場需求。目前我國跨尺度光電仿真軟件還處于空白，“十四五”科技重大專項“新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車”中關(guān)鍵零部件如車載激光雷達等需要使用跨尺度光電仿真軟件設計優(yōu)化，只能使用國外商業(yè)仿真軟件提供的替代性方案。針對我國光電子和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中面臨的PEDA卡脖子難題，基于前期基礎理論和仿真算法， 陳云天帶領團隊進一步研究PEDA通用型跨尺度光學仿真技術(shù)的基礎理論和底層算法。具體而言，他將幾何光線自動化區(qū)域分割和波動光學有限元區(qū)域分解技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展了跨尺度仿真的融合理論和融合技術(shù)，力求突破幾何光學快而不準和波動光學準而不快的技術(shù)瓶頸。 

陳云天瞄準的跨尺度光學仿真是未來技術(shù)發(fā)展方向，在計算光刻技術(shù)、晶圓檢測、激光雷達、AR／VR等多種跨尺度光學系統(tǒng)中都發(fā)揮著基礎性作用。他將幾何光學和波動光學融合的物理思想應用到數(shù)值計算方法中，發(fā)展了光學數(shù)值計算“幾何波”（ray－wave）的初步原型概念。他提出的跨尺度“幾何波”的技術(shù)路線，得到了VirtualLab Fusion仿真軟件創(chuàng)始人Frank Wyrowski教授的高度贊賞。同時，“幾何波”作為一體化跨尺度光學仿真算法，領先國外分離拼接的技術(shù)路線，面向國家PEDA重大需求與計算光刻等應用需求具有前瞻性。陳云天表示，對跨尺度光學仿真技術(shù)的深入研究，能突破幾何光學仿真快而不準和波動光學仿真準而不快的技術(shù)瓶頸，有機會突破西方的技術(shù)壁壘，成為工業(yè)軟件領域突破西方的技術(shù)封鎖的破風手，進而帶動光電子產(chǎn)業(yè)的率先突破。 

陳云天表示，當前科研攻關(guān)的目標是通過光學、數(shù)學及計算機技術(shù)的多學科交叉，研究跨尺度光學仿真基礎理論和核心算法，完成跨尺度光學仿真算法組件／模塊、云端軟件平臺開發(fā)，及技術(shù)應用。現(xiàn)已完成了跨尺度光學仿真基礎理論構(gòu)建和“幾何波”數(shù)值算法的初步驗證，但自主可控的跨尺度光學仿真核心算法軟件模塊還需要進一步完善。未來，他將重點研究跨尺度光學仿真核心算法，實現(xiàn)跨尺度光電器件耦合設計，提高仿真效率和設計效果，適應光電芯片、激光雷達、AR／VR等跨尺度光學系統(tǒng)中的混合光學仿真的技術(shù)需求。
 

科研無坦途，勇攀登絕頂。陳云天深耕光電技術(shù)研究領域，取得了豐碩的成果，但他沒有停下腳步。不懈求探索，創(chuàng)新譜華章。他將繼續(xù)在科研道路上闊步前行、不斷突破，取得更多成果，用科技點亮未來。（文／王超）