根据国家科技部《国家重点实验室专项经费管理办法》和《武汉光电国家研究中心开放基金课题管理办法》的有关规定，武汉光电国家研究中心现公开发布2021年度开放课题申请指南。

一、指南内容

开放课题设置主要分为两类：自由探索类和目标导向类。

自由探索类课题围绕研究中心发布的研究方向，申请人自拟题目，主要资助与本研究中心发展方向契合，工作基础较好、学术特色鲜明的关键理论、方法和技术研究，优先资助与本研究中心固定人员合作申请或基于本研究中心科研平台的开放基金课题。

目标导向类课题由研究中心发布课题指南，支持国内外高水平研究人员对研究中心当前关心的重点研究课题开展协同攻关或前沿性、探索性的研究工作。

1. 自由探索类开放课题

2021年度本研究中心拟设立10项自由探索类开放课题，每项资助10万元，重点支持以下研究方向：

1.1 光电子器件与集成研究方向（2项）

针对信息获取、调制、交换、探测、传感等功能的光电子核心器件及关键技术，开展新机理、新结构、新材料、新工艺和新应用等方面的研究，包含但不限于：基于表面等离激元的片上纳米光源、光场调制、超快光电探测等理论与技术研究；基于新型半导体材料或超表面等新结构的发光、调制、光场调控、探测和成像等器件研究；用于海量数据处理的硅基光学矩阵处理器的研究；基于集成非线性光波导的光谱产生、调控技术研究；光学相控阵波束成形和调控；多材料体系及光电混合集成研究等；新型特种光纤器件及应用。

1.2 能源光电子方向（2项）

将资助能源转换、存储及利用的相关光电材料与器件方面的研究，包括但不限于：钙钛矿/无机薄膜/有机聚合物半导体光电材料计算及模拟、材料制备及太阳能电池、电致发光器件研究；新型光-热转换、力-电转换、热-电转换等能量转换材料及器件研究；新型能量存储材料及器件；半导体光电器件加工技术；其它新型光电材料结构、性质及器件应用等。

1.3 生物医学光子学方向（2项）

以生命医学关键科学问题为牵引，面向国家在脑计划、肿瘤免疫和临床光电医疗器械等方面的重大需求，开展光电原理、方法与仪器研究。具体包括：脑神经连接的高分辨光学成像、脑空间信息学、免疫光学成像、临床光电医疗器械新技术新方法、医学光学精准诊疗等研究。为重大疾病的基础研究与临床诊疗提供新工具和新知识。

1.4 激光科学与技术方向（2项）

面向激光制造和基础科研领域世界科技前沿、面向我国经济主战场、面向国家重大需求，攻克激光科学与技术领域亟待解决的科技问题，包括高性能光纤与光纤激光器，皮秒/飞秒/阿秒等超快激光技术与应用基础等；超强/超快激光和高功率连续/准连续激光与物质相互作用过程与机理；高效率、高精度激光制造；激光光谱与太赫兹光谱分析；新型太赫兹辐射源等。

1.5 光电子信息存储技术研究方向（2项）

面向大数据存储这一关系到国计民生和国家战略安全的关键基础设施和重大需求，研究新型大数据存储原理、器件和设备，探索新一代大数据存储系统结构与技术，包括：跨越数据存储技术局限的光/磁/电存储机理；基于忆阻器的类脑存储机制；新型非易失存储器原理与技术；存算融合的新型体系结构和技术；基于NVM的存储体系结构及系统软件；新型固态存储技术；分布式并行存储系统、大规模网络存储、云存储系统与技术；高效的数据组织管理方法和存储资源共享方法；多源异构的大数据信息融合与认知方法；区块链安全共享存储等。

2. 目标导向类开放课题

2021年度本研究中心拟设立10项目标导向类开放课题，包含共性技术研究5项，每项10万元；团队协作攻关项目5项，每项15万元（包含协作团队支持5万元），各课题的申报指南如下:

2.1 光电子器件与集成研究方向

共性技术研究（10万元）

题目：光电融合集成方向（题目自拟）

研究内容与方向：光电融合集成在集成光路和集成电路的基础上，充分利用光子与电子器件之间的连接及光与电的动态互相作用，有机结合光载波的高频特性和电信号的精细特性，发挥光的高速/低损传输特性，以及电的高效/精确控制优势，为目前光子系统和微电子系统带来变革，可广泛应用于通信、传感、测量、计算、医疗和军事应用等领域。光电子和微电子在过去几十年都取得了长足的发展和进步，但两者之间的结合还处于各自为政，功能层面结合的状态。硅基光电子的出现，使得在同一衬底上实现光子器件和电子器件变得可能。

本项目支持根据光电融合的特点及难点，拟开展光电联合仿真及建模、光/电场相互作用增强及高效调控、光电子融合标准工艺、耦合封装等研究。期望实现硅光系统中的光器件（调制器、探测器等）和电器件（驱动器Drive、跨阻抗放大器TIA等）的单片集成。从理论、设计和仿真工具、制备平台和应用等方面完善光电融合的研发链条，为功能实验室光电融合集成大方向打下基础。

2.2 能源光电子方向

1) 共性技术研究（10万元）

题目：金属卤化物钙钛矿发光材料与器件研究

研究方向与内容：金属卤化物钙钛矿作为一种新型的半导体光电材料，具有导电性好、带隙可调、发光色纯度高和原料便宜等优点，近年来，成为光电领域的研究热点之一，在未来显示和照明领域具有很好的应用潜力。目前的挑战主要是：（1）需要大幅提高器件效率，特别是蓝光钙钛矿LED。（2）器件稳定性和可靠性问题亟待解决。

本项目希望通过协作攻关，开展新材料、新机理、新器件等方面的研究，实现金属卤化物钙钛矿LED效率和稳定性的突破。

（1）金属卤化物钙钛矿发光新材料体系研究。拟通过元素交换和维度工程调控钙钛矿结构、物性和能级；研究基于溶液法或热蒸发法制备杂化钙钛矿、低维钙钛矿、钙钛矿纳米晶、钙钛矿薄膜的方法。获得具有高发光效率的新材料体系。

（2）新机理和新效应的探索。拟利用多尺度计算模拟，从原子/介观尺度研究钙钛矿体系中多自由度（自旋-轨道-电荷-晶格）关联作用原理，揭示调控机制和动力学过程；利用超快光谱技术研究能量转移机制，研究俄歇复合和其他非辐射复合与辐射复合发光过程的竞争；研究激子结合能和发射波长与钙钛矿薄膜维度的量化关联。

（3）电致发光器件研究，设计新结构，改善器件制备工艺，大幅度提升器件效率、亮度，改善效率滚降。

（4）器件老化机制研究。特别是钙钛矿材料本征的光、热、电学稳定性，包括氧化导致分解、水分诱导分解及相分离自发分解；电子、空穴注入层通过与迁移离子电化学反应发生降解等。

本项目旨在理清金属卤化物钙钛矿LED发光效率和稳定性的机理，建立材料-薄膜-器件之间的联系，为钙钛矿发光材料设计理论、制备技术和高性能器件构筑提供支撑和指导。

目标成果：开发出高效稳定的金属卤化物钙钛矿LED；蓝光器件EQE突破15%；绿光和红光器件半寿命突破1000小时。

验收指标：发表高水平论文2篇或形成专利转化取得效益。

考核方式：组织专家答辩评审。

2) 团队协作攻关项目（15万元）

题目：薄膜热电材料与器件中物理问题研究

研究方向与内容：我国科研工作者已经在热电领域做了一些基础性的工作，这些结果可以提升薄膜热电器件的转换效率，但是其中仍然存在缺少对机理问题深入的理解。如：对有机薄膜热电材料中金属与半导体材料之间耦合问题研究，热场下电子漂移运动和扩散运动产生的输运是否一致等问题仍不清楚，期待进一步深入的研究。具体研究内容如下：（1）寻找新的方法和手段进一步提升有机薄膜热电器件的转换效率。目前热电转换中载流子的传输是主要熵差驱动下的扩散运动，熵差驱动作用力比较小，导致薄膜热电器件的转化效率不高，寻求一种新的作用力进一步提升热载流子的传输是关键问题之一。（2）热电材料和器件中对热载流子运动规律的深入研究。热电中载流子的输运是熵差驱动下的扩散运动，但是在具体计算载流子的电导率、迁移率等物理量时，运用的是极化场下的电子漂移运动理论；因此需要从多层次、全方面的视角，明确电子漂移作用和扩散作用之间的关联，揭示热载流子迁移的规律。（3）如何在实验上有效的增加电导率的同时增加塞贝克系数，并降低热导。在传统的热电输运中，高浓度载流子能够有效的提升热电材料的电导率，但同时却降低塞贝克系数；另一方面，电导增加的同时热电也随之增加，这些耦合问题，也是本项目拟解决的关键核心问题之一。

目标成果：（1）为设计高效热电材料和器件提供有效的理论指导依据；（2）利用表面极化和体内极化的协同作用，研究其在热电输运上的作用机理，为实验发展极化作为熵差驱动力外一种新的驱动力，进一步提升薄膜热电器件的ZT值提供理论指导；（3）拟在国内外高水平学术期刊上发表论文2篇，联合培养研究生2-3名。

验收指标：（1）提出1-2种设计高效热电材料和物理器件的新方法；（2）发表国内外高水平学术论文2篇；（3）联合申报国家级项目。

考核方式：答辩专家评审

2.3 生物医学光子学方向

1) 共性技术研究（10万元）

题目：高通量多色生物分子特异性成像

对生命体系中各种生物分子进行特异性多色成像是正确理解生命体的结构和功能活动的重要基础。然而，目前生物分子的显微成像依赖传统的荧光标记技术。虽然荧光标签，包括荧光蛋白和染料分子，可以标记特定的生物分子，并产生高亮度的荧光信号，但他们都存在颜色壁垒，无法发展5种颜色以上的多色标记。原因是荧光光谱对应着标记分子的电子态跃迁，光谱线宽大都在30-50 nm以上，从光学本质上无法进一步扩展5种或更多颜色的标记。因此，现有荧光标记和成像技术只能挑选复杂生命活动中几种生物分子进行标记，研究他们之间的相互关系，具有极大的局限性，也限制了荧光技术的应用领域。随着受激拉曼成像技术的发展，基于分子振动态跃迁的高亮度窄线宽拉曼标签开始成为成像领域的研究热点。拉曼标签的光谱线宽通常只有0.1 nm宽，很容易将颜色扩展到上百个通道，有望实现细胞和组织内，数十或上百种生物分子的同时标记和同时成像。该技术将打破荧光标记技术的颜色壁垒，极大扩展人类研究复杂生命活动的能力，同时探索更多生物分子之间的相互关联，展现真实的生命活动。

研究内容：研究单分子Raman光谱标签，发展对蛋白的活性和功能几乎没有影响，分子质量在1-2个氨基酸水平，且携带碳碳三键Ｃ≡Ｃ的非天然氨基酸。在此基础上发展多色的非天然氨基酸技术，完成多色蛋白质标记。利用受激拉曼成像技术代替荧光显微镜对不同特定蛋白实现多色成像。

目标成果：建立新的基于非天然氨基酸的蛋白标记技术，实现特定蛋白的多色成像。发表学术论文1篇。

验收指标：实验验收以下指标 

2) 团队协作攻关项目（15万元）

题目：飞秒激光角膜手术仪器临床前应用研究

飞秒激光具有冷加工、三维切削能力，在精准医疗特别是眼外科手术有很强的应用潜力。目前飞秒激光眼科手术仪器的核心技术均由欧美发达国家掌握。我国患者需支付高昂的仪器购置费用、开机费、及耗材费用。与此同时，飞秒手术相关领域的精准医疗新技术研发也受到抑制。面对这一挑战，武汉光电国家研究中心生物医学光子学功能实验室已研制飞秒激光眼科手术仪器，需通过临床医生与仪器研发团队的合作，通过临床前研究，进一步摸索实验参数，建立手术方法，并提高其适应性。

研究内容：研究用飞秒激光眼科手术仪器开展角膜移植手术，开展供体角膜切削临床试验10次以上，验证自研设备在角膜移植手术上应用的可行性。具体包括以下两个方面：（1）建立飞秒激光角膜移植手术条件，进行离体的供体角膜切削实验；（2）飞秒激光-人眼角膜移植实验参数研究。

目标成果：建立飞秒激光角膜移植手术参数组与手术方法。发表学术论文1篇。

验收指标：实验验收以下指标

2.4 激光科学与技术方向

1) 共性技术研究（10万元）

题目：基于电子激发/电离调控的飞秒激光时空整形宽禁带材料微孔加工

研究方向与内容：以飞秒激光时空整形调控电子激发/电离为手段，搭建飞秒激光加工多尺度观测系统，揭示微孔形成过程激光及宽禁带材料相互作用的时空演化机理；探索时空整形飞秒激光多参数对电子激发/电离及后续材料瞬时局部特性的可控性，研究其对加工过程及其结果的影响规律，实现高深径比、高效率、高质量微孔加工。

目标成果：研制出飞秒激光微孔加工多尺度观测系统，掌握宽禁带材料在时空整形飞秒激光作用下的电子激发/电离、材料瞬时局部特性、冲击波演化、成形成性多尺度过程；从电子层面提出高深径比、高效率、高质量微孔加工新原理新方法，为新能源、生物、医疗等领域宽禁带材料微孔加工提供关键制造支撑。

验收指标：研究飞秒激光微孔加工的在线观测及加工新方法，提高微孔加工深径比、效率等，能实现如下指标：

·观测系统时间分辨率：<100 fs；

·微孔加工效率：>10000孔/s；

·解决2-3个宽禁带材料微孔加工难题。

考核方式：微孔加工达到验收指标，在国内外核心学术期刊上发表论文2-3篇，申报中国发明专利1-2项。整个项目结题时达到同类研究国际领先水平。

2) 团队协作攻关项目（15万元）

题目：曲面功能结构激光加工精度建模及误差控制方法研究

研究方向与内容：激光三维加工条件下，工艺参数对加工精度和效率的影响规律；实际工件尺寸与三维设计图形偏离条件下，激光刻蚀电磁功能结构的误差变化规律及矫正方式；基于曲面激光加工系统的多体运动学建模分析与加工过程仿真，加工精度综合评估机理和误差控制方法研究。

目标成果：研制出面向曲面电磁功能结构的激光加工系统，并掌握其多体运动学加工精度模型、加工过程误差检测、表征与补偿控制方法，将其应用于曲面电磁功能结构的精密、高效加工。

验收指标：通过对曲面电磁功能结构高效自适应刻蚀激光加工精度建模及误差控制方法研究的研究，使设备的加工精度提高，降低电磁功能结构的金属残留率，能够达到以下指标：

·激光扫描加工速度：>2 m/s；

·激光加工光斑直径：<20 μm；

·激光加工重复精度：<±15 μm

考核方式：曲面电磁功能结构的加工达到验收指标，在国内外核心学术期刊上发表论文2-3篇，申报中国发明专利1-2项。整个项目结题时达到同类研究国际领先水平。

3) 团队协作攻关项目（15万元）

题目：短脉冲激光下硬脆材料声波衍生机理及其质量关联规律

研究方向与内容：玻璃、陶瓷等硬脆材料是制造领域典型难加工材料。常规机械钻铣极易产生断续切削力，引起加工位置局部颤振，加剧崩边行为，甚至引起碎片，严重影响制造质量和成品率（＜85%）。短脉冲激光加工，具有非接触、无切削力、低损伤、绿色环保等优势，是硬脆材料加工的重要途径。然而硬脆材料短脉冲激光加工规律未知，切割崩边、微裂纹等缺陷映射规律不清、辨识难，难以适用多品种、小批量生产，亟待研究和突破。

目标成果：阐明短脉冲激光诱发微裂纹的影响规律和声波萌生机制，揭示微裂纹贯穿生长形成切缝过程声波时空传递行为，形成切缝质量与声波特征耦合的工艺自主调控方法，为硬脆材料短脉冲激光切割装备智能化工艺奠定理论依据和技术支撑。

验收指标：完成短脉冲激光下硬脆材料声波衍生机理及其质量关联规律的研究，为相关装备智能化奠定理论与技术依据。项目主要技术指标：工艺崩边≤30 μm；弱裂纹声信号（≤3 ms）辨识，频段≤500 kHz，强度绝对值≤50 dB；完成2-3类缺陷的声信号关联与自主辨识，准确率≥95%。

考核方式：在国内外核心学术期刊上发表论文2-3篇，申报中国发明专利1-2项。整个项目结题时达到同类研究国际领先水平。

2.5 光电子信息存储技术研究方向

1) 共性技术研究（10万元）

题目：高时效、低能耗、低磨损存内状态逻辑综合映射方法研究

研究方向与内容：大数据和IoT的时代，信息数据的爆发式增长和集成电路工艺特征尺寸缩小接近物理极限，使得以传统CMOS器件为基础的存储与计算分离的冯·诺伊曼计算系统的“存储墙”问题进一步凸显。基于忆阻存储阵列的存内状态逻辑可以在消除数据移动的同时提供大规模并行，为新型“存算融合”系统实现提供可行思路。然而，当前针对忆阻存内逻辑的研究还停留在单个逻辑门和计算可行性的验证阶段，在复杂计算任务的实现特别是针对不同性能指标的优化设计上缺少系统性的指导方案。系统研究针对复杂计算存内逻辑实现的综合映射方法有助于忆阻存内状态逻辑系统的落地实现。具体研究内容：（1）复杂计算高时效存内逻辑计算实现；（2）复杂计算低能耗存内逻辑计算实现；（3）复杂计算低磨损存内逻辑计算实现。

目标成果和验收指标：（1）面向复杂计算高时效、低能耗、低磨损实现的存内状态逻辑综合映射工具集，支持兆比特阵列规模和三维忆阻存储阵列的综合映射，阵列使用寿命相比于常规逻辑设计方法提高≥50%，对定点、浮点乘加等定制化任务的计算性能（时效、能效）超过CPU实现≥1个数量级；（2）发表CCF A/B类学术论文2-4篇。

2) 团队协作攻关项目（15万元）

题目：3D磁存储记录机制及记录系统性能研究

研究方向与内容：3D磁存储采用多层记录介质，每个记录位中的多层磁化状态组合可实现多位信息存储，从而进一步提升磁存储记录密度。

具体研究内容：1）3D磁存储多层介质的设计和优化。研究多层介质结构特征，寻找能稳定表示多种信息状态的多层结构及其设计方法；研究介质中各层的磁性特征和热吸收特性，建立介质的热转换模型，分析多层介质在能量辅助翻转和非能量辅助翻转中的散热特性。2）3D磁存储的记录机制。研究多层介质的磁翻转场分布、温度分布对写入误差的影响；研究记录过程中的噪声现象及擦除现象，提出降低记录过程中的写入错误的方法。3）3D磁存储的写入磁头设计方法。研究与热辅助磁记录或微波辅助磁记录等相结合的磁头设计，提高能量辅助组件的效率，减小对磁头写入场的要求；研究写磁头结构对写入磁场强度的影响，设计与多层介质翻转过程相匹配的写磁头。4）基于3D磁存储的记录系统性能评价。研究回读信号与记录的信息状态的关联性，表征回读信号的特征；构建基于3D磁存储的记录系统性能的评价模型，提出信号处理算法对回读信号进行恢复和评价。研究适用于3D磁存储的记录系统的编码，提高系统的可靠性。

目标成果和验收指标：提出3D磁存储写磁头新型结构，建立3D磁存储记录过程理论模型；理论设计和仿真验证达到20Tb/in²面密度；基于3D磁存储的记录系统误码率<10^-6。发表论文2篇，申请专利1项。

二、申请人资格

申请人为国内高等学校、科研院所等企事业单位在编员工（非国家重点实验室人员），具有博士学位或中级以上职称，且在本指南相关领域已积累良好的前期研究基础。已承担在研开放课题、未按期或未按原计划完成项目的负责人当年度不能提交新申请。

三、申请受理

本年度计划支持开放课题研究期限为3年（2022年1月1日-2024年12月31日），每项资助额度10-15万。

申请者请下载《武汉光电国家研究中心开放课题申请书》，按规定格式认真、如实填写（形式和资格审查未通过者不能进入专家评审）。申请人签名并经所在单位同意加盖单位公章，请于11月15日前，将申请书 word版发送至邮箱chengxiao@hust.edu.cn，纸质版请研究中心合作者签字确认代交到武汉光电国家研究中心科研与发展规划办公室（一式三份，正反打印），逾期不予受理。

申请的课题由武汉光电国家研究中心审查，并由学术评议委员会审议批准，评审结果将于2021年12月25日之前反馈给申请人。

四、其它事项项目申请、经费使用、成果管理等需遵守《武汉光电国家研究中心开放基金课题管理办法》的规定。

五、联系方式

科研与发展规划办公室

联系 人：成晓、陈智敏 联系电话：027-87792517

通讯地址：武汉市洪山区珞喻路1037号华中科技大学新光电信息大楼C624

附件：

1.《华中科技大学武汉光电国家研究中心开放基金课题申请书》

2.《武汉光电国家研究中心开放基金课题管理办法》