We experimentally demonstrate an optical isolator utilizing high-quality-factor whispering gallery modes in a yttrium iron garnet (YIG) microsphere, coupled with an integrated Si₃N₄ waveguide. By applying a magnetic field in the vertical direction of the resonator equator, we achieve the breaking of degeneracy between the clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) modes, driven by photonic spin–orbit coupling (SOC) and the Faraday effect. The maximum wavelength separation observed is about 7.9 pm, comparable with the linewidth of the mode. The better effect of the refractive index matching between the YIG microsphere and the Si₃N₄ waveguide enables an isolation ratio of 16.9 dB under the critical coupling condition. This work presents a novel integrated approach for realizing non-reciprocity in photonic circuits, advancing the development of compact high-performance photonic devices.

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基(SiC/SiC)复合材料具有低密度、耐高温、高强度等优异性能, 在热端部件结构材料领域具有广泛应用前景。本研究通过溶胶-凝胶法在SiC纤维束内引入Yb₂Si₂O₇抗氧化相, 并结合化学气相沉积(CVD)法沉积SiC基体, 制备了Yb₂Si₂O₇改性SiC/SiC(SiC/SiC-Yb₂Si₂O₇)复合材料, 讨论了Yb₂Si₂O₇对SiC/SiC复合材料微观结构、力学性能及氧化行为的影响。结果表明, SiC/SiC复合材料经过1200和1400 ℃空气氧化50 h后的强度保持率分别为77%和69%, 拉伸断口处观察到纤维基体平齐断裂。溶胶-凝胶法引入的Yb₂Si₂O₇在基体中部分呈层状分布, 层状Yb₂Si₂O₇相有利于材料的增韧, 拉伸断口处出现层间脱黏现象, 扩展了SiC/SiC复合材料能量耗散机制。SiC/SiC-Yb₂Si₂O₇复合材料的室温拉伸强度为484 MPa, 在1200和1400 ℃空气中氧化50 h后的剩余强度分别为425和374 MPa, 强度保持率分别为88%和77%, 仍表现出典型的非脆性断裂特征。SiC/SiC复合材料断口处界面氧含量大于SiC/SiC-Yb₂Si₂O₇复合材料, 说明引入Yb₂Si₂O₇缓解了氧向界面内的扩散, 改善了SiC/SiC-Yb₂Si₂O₇复合材料的抗氧化性能。

基于超表面的激光雷达系统是当前的热门研究领域。现有的红外雷达波段超表面通常采用高折射率的TiO₂作为天线材料，这限制了超表面在CMOS兼容芯片上的集成。针对这一问题，研究采用低折射率材料Si₃N₄设计超表面的方法，采用熔融石英作为衬底、方形纳米柱作为纳米天线并保证了天线的低纵横比。使用有限差分时域仿真软件分析相同口径下不同焦距的超表面，并对比了它们的聚焦效率、传输效率和聚焦光斑大小随F数的变化，超透镜的聚焦光斑大小接近衍射极限，最大聚焦效率达到了80%。提出的设计方案适用于任意空间相位曲线的设计，有利于超表面与CMOS制造技术的兼容，对于实现超紧凑的芯片级激光雷达传感器具有参考意义。

光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）技术具有非侵入、高分辨率、可实时成像等优点，在生物医学、材料学及红外传感等众多领域被广泛应用。设计了一种基于氮化硅（Si₃N₄）的脊形悬空光波导，基于时域有限差分法对所设计波导的主要结构参数进行了优化，并研究了该波导中产生的超连续谱特性。数值模拟结果表明，在脊宽=750 nm、脊高=700 nm、平板厚度=200 nm以及上覆层高=150 nm的优化结构下，当入射泵浦光波长为1.3 μm，峰值功率为2 kW，和脉宽为50 fs时，基于该光波导可以产生波长覆盖可见光至中红外（703~4 014 nm）的宽带超连续谱。这一结果对于促进片上集成宽带光源在生物医学等领域的应用具有重要作用。

目前1.5 μm激光二极管（Laser Diode，LD）泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加，玻璃面临突出的热效应问题，晶体的热导率是玻璃的10倍以上，有望能够实现比玻璃基质更高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er³⁺/Yb³⁺：Lu₂Si₂O₇ 晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数，同时适当缩短脉宽，优化泵浦占空比，提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7 μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量 M²=1.61 的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致，保证了输出重频的稳定性，有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

功率半导体器件高电压、大电流、高功率密度的发展趋势, 对器件中陶瓷基板的散热能力和可靠性提出了更高的要求, 兼具高热导率和优异力学性能的氮化硅陶瓷作为功率半导体器件的首选散热基板材料受到了广泛关注。目前氮化硅陶瓷热导率的实验值与理论值存在较大差距, 高温、长时间保温的制备条件不仅会使晶粒过分长大，削弱其力学性能, 而且会造成成本高企, 限制了其规模化应用。晶格氧缺陷是影响氮化硅陶瓷热导率的主要因素, 通过筛选非氧化物烧结助剂降低体系中的氧含量, 调节液相的组成和性质并构建“富氮-缺氧”的液相, 调控液相中的溶解析出过程, 促进氮化硅陶瓷晶格氧的移除及双峰形貌的充分发育, 从而实现氮化硅陶瓷热导率-力学性能的协同优化是目前研究的热点。本文基于元素分类综述了当前国内外开发的非氧化物烧结助剂体系, 着重从液相调节和微观形貌调控的角度介绍了非氧化物烧结助剂改善氮化硅陶瓷热导率的作用机理, 分析了晶粒发育、形貌演变规律和晶格氧移除机制, 并展望了高导热氮化硅陶瓷的未来发展前景。