超表面透镜的出现已经影响了各种各样的应用领域，如光束操控、成像、深度感知和显示投影。然而，在许多光学设计的规格中，光学畸变作为一个重要指标，在超颖光学领域却很少被讨论。在此，我们提出了一种基于复合超表面透镜的通用设计思路，以实现按需调控成像畸变的目的。具体而言，我们展示了双层超表面结构所提供的额外自由度，以实现定制化的角度依赖像高关系，从而在最小化其他单色像差的同时实现畸变控制。利用这一平台，我们通过实验展示了一种复合鱼眼超表面透镜，其在140°的宽视场范围内具有衍射极限的性能，并且成像畸变低于2%，相比之下，未修正的单层超透镜成像畸变高达22%。本文提出的设计策略和复合超透镜架构可广泛影响消费电子、汽车和机器人传感、医学成像以及机器视觉等领域。
光学奇点是电磁场的拓扑缺陷，包括标量场中的相位奇点、矢量场中的偏振奇点以及光学斯格明子等三维奇点。近年来，利用光子微结构来产生和操纵光学奇点引起了广泛的研究兴趣，并为此设计了许多光子微结构。伴随着这些设计，人们提出了一系列基于现象的理论来阐释诸多设计背后的工作机制。在这项工作中，我们不关注特定类型的微结构，而集中研究微结构最常见的几何特征--即对称性，并从对称性的角度出发重新审视了微结构中光学奇点的产生过程。通过系统地运用群表示论中的投影算符，我们开发出了一种广泛适用的理论方案，用于探索具有旋转和反射对称性的微结构中的光学奇点。我们的方案与之前报道的工作一致，并进一步揭示了对称微结构的特征模的不同分量，如平面外分量、径向分量、切向分量和左右手圆分量，可以支持（复用）相位奇点。基于这些相位奇点，我们可以合成更复杂的光学奇点，包括 C 点、V 点、L 线、奈尔型和气泡型光学斯格明子以及光学晶格等。我们证明，与光学奇点相关的拓扑不变性受到微结构对称性的保护。最后，基于对称性论证，我们提出了所谓的对称性匹配条件，以阐明特定类型光学奇点的激发。我们的工作建立了一个统一的理论框架来探索具有对称性的光子微结构中的光学奇点，揭示了多维和复用光学奇点的对称性起源，并为探索光学、光子学中许多与奇点相关的效应提供了一个对称性视角。
光学数据存储（Optical data storage，ODS）是传统电子或磁性存储的低成本、高耐久性的替代方案。多层记录（Multiple recording layer，MRL）方法作为增强ODS容量的一种常用手段，比其他方法如减少记录体积和多路复用技术更具前景。然而，当前MRL的架构与将数据记录到具有实际空间体积的物理层中相同，这也导致了严重的层间串扰或有限的记录层数（受限于物镜的短工作距离）。在此，我们提出了杂化层ODS的概念：通过使用高正交性随机通道，将光学信息同时记录到单个物理层和多个虚拟层中。在虚拟层中，通过计算全息重建了32幅图像，其中它们的全息相位被编码到物理层中的16幅打印图像和其互补图像中，共实现了2.5 Tbit·cm−3的存储密度。增加更多的虚拟层数可实现更高的存储容量，这表明杂化层ODS方法有望成为下一代ODS的候选方案。
光学轨道角动量（OAM）模式多路复用通信技术已成为提升通信容量的前沿技术之一。然而，当前研究大多聚焦于模式信道的（解）复用，而忽略了信道路由这一关键环节。这一挑战的核心在于复用OAM模式在空间和时间域的重新分配，这是构建多功能模分通信网络的关键步骤。为填补这一研究空白，我们借助幺正变换的正交转换与衍射调制能力，提出了一种基于OAM模式时间演化的创新方法。该方法能够对OAM模式矢量进行高维度的正交变换，进而改变光束的传播方向和空间位置。通过运用菲涅尔衍射矩阵作为幺正算子，我们可以在传输过程中操控光束的空间位置，打破光束传播的不变性，实现时间演化。在实验演示中，我们成功在两个不同的时间序列内实现了四种OAM模式的深度路由。我们还实现了由四个复用OAM信道承载的4.69 Tbit/s正交相移键控（QPSK）信号的深度路由，平均衍射效率超过78.31%，误码率低于10-6。这些成果不仅彰显了我们路由策略的有效性，更预示着其在实际应用中的广阔前景。
在大腔体压机的大尺寸样品腔体中，同时产生超高压和高温极端条件是一项极具挑战的难题。在本研究中，我们成功地在商用Walker型大腔体压机（LVP）中产生了37.3–40.4 GPa和1900–2100 K的温度压力条件。我们采用新设计的具有表面倒角的ZK01F型碳化钨（WC）压砧，并使用具有直径约1立方毫米样品腔体、由硬质材料构成的高压组装体，研究了不同类型的WC压砧和组装体的压力产生效率，同时对压机进行优化调整，成功扩展了Walker型LVP在高温下能够达到的压力产生极限。应用上述超高压技术，我们成功合成并表征了近全sp³杂化的极硬非晶碳材料、具有高奈尔温度的核壳结构纳米晶体，以及较大尺寸的下地幔矿物单晶。本工作所开发的LVP技术能够促进新材料及地球内部化学与物理性质的探索。
人工湿地（CWs）是一种颇具前景的深度净化污水处理厂（WWTPs）出水的方法。然而，进水的低碳氮比（C/N）会抑制人工湿地中的反硝化作用，导致湿地系统脱氮效率不佳。本研究通过对比传统人工湿地（对照组）、生物炭强化湿地（BC组）及β-环糊精功能化生物炭改良湿地（BC@β-CD组）的运行效能，系统解析低C/N比条件下人工湿地氮素转化强化机制。研究中发现，BC@β-CD组人工湿地脱氮效率最佳。当进水C/N比分别为4和2时，该组人工湿地的脱氮率相较于对照组和BC组湿地分别提升45.89%和42.48%，同时温室气体一氧化二氮排放量分别显著降低70.57%和85.45%。宏基因组和酶学分析结果表明，BC@β-CD作为基质填料通过协同促进功能微生物碳代谢和提高反硝化酶活性来增强脱氮效果，且不会影响人工湿地中的微生物物种多样性。结构方程模型结果证实，BC@β-CD主要通过提升烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）脱氢酶活性和电子传递系统（ETS）运行效率，实现反硝化微生物高效胞内电子合成及传输，从而使得更多碳代谢产生的电子流用于支持反硝化脱氮作用。本研究结果表明，在人工湿地中应用BC@β-CD作为基质填料能够优化脱氮过程中碳代谢产生电子的利用效率，是在低C/N比条件下增强人工湿地深度脱氮的可行策略。
随着锂离子电池磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料需求的快速增长，全球磷资源短缺的问题日益凸显。本研究提出了一种经济、环保且高效的磷回收方法，可从市政污水中回收磷元素用于制备LiFePO4正极材料。该方法创新性地利用市政污水处理过程中铁基化学除磷（CPR）产生的污泥，通过烧结处理结合酸洗工艺，将富含磷和铁的污泥转化为纯化的磷-铁氧化物（Fe2.1P1.0O5.6）。研究表明，这些氧化物可以替代高达35%的磷酸铁试剂，作为前驱体合成碳包覆的LiFePO4（LiFePO4/C）材料。所制备的LiFePO4/C材料在17 mA/g的电流密度下表现出114.9 mA‧h/g的放电比容量，经过100次循环后容量保持率达99.2%。这一优异的循环性能可能归因于污泥中杂质（如Ca2+和Na+）的掺入，这些杂质能够在一定程度上提升LiFePO4/C晶体结构的稳定性。与传统以磷肥生产为目标的磷回收技术不同，该工艺能够将CPR污泥中的全部磷资源转化为高附加值的LiFePO4/C正极材料。此外，从市政污水中回收磷资源能够满足中国锂离子电池行业高达35%的磷需求，为缓解磷资源短缺提供了一种经济可行的解决方案。
