曹永印科研成果

基本信息 科研 教育教学 Publications 团队成员 新建主栏目 基本信息 名称 曹永印，男，理学博士，物理学院副教授，硕士生导师。任大学物理教研中心副主任，黑龙江省光学学会理事。 主要从事智能光子芯片、光力与光学微操控技术等方面研究。 先后主持和参与承担国家自然科学基金项目5项、黑龙江省自然科学杰出青年基金项目1项、黑龙江省民品纵向项目1项、哈尔滨工业大学理学创新研究资助计划2项、哈尔滨市青年人才后备计划1项等、参与黑龙江省高等教育科学“十三五”规划课题1项，黑龙江省高等教育教学改革项目1项，高校教指委项目1项，校教学改革项目1项，校课程思政项目2项。 发表学术及教学研究论文三十余篇，被引用500余次。 参与建设首批“国家一流课程”《大学物理》，团队第3人。 工作经历 名称 2019.01- 哈尔滨工业大学 物理学院 副教授 2015.05-2017.05 香港浸会大学 物理系 访问学者 2013.10-2018.12 哈尔滨工业大学 物理系 讲师 教育经历 名称 2004年-2008年, 就读于东北大学物理系, 本科 2008年-2013年, 就读于哈尔滨工业大学物理系，博士 2011年9月-2012年9月，澳大利亚昆士兰大学物理系，联合培养博士生 主要任职 名称 大学物理教研中心副主任； 黑龙江省光学学会理事； 任Optics Letters, Optics Express, JOSA A, JOSA B, 以及Applied Optics 等多个期刊审稿人。 荣誉称号 称号名称 哈尔滨工业大学第七届“卓越杯”青年教师教学竞赛一等奖 获奖时间 2023.10 获奖地点 简单介绍 称号名称 哈工大招生工作先进个人 获奖时间 2023.09 获奖地点 简单介绍 称号名称 哈尔滨工业大学工会积极分子 获奖时间 2023.07 获奖地点 简单介绍 称号名称 哈尔滨工业大学抗疫志愿服务奖 获奖时间 2022.05 获奖地点 简单介绍 称号名称 哈尔滨工业大学第八届青年教师基本功竞赛（本科）一等奖 获奖时间 2020年12月 颁奖机构 简单介绍 称号名称 哈尔滨工业大学第八届青年教师基本功竞赛（本科）优秀教学设计奖 获奖时间 2020年12月 颁奖机构 简单介绍 称号名称 哈尔滨工业大学抗疫志愿服务奖 获奖时间 2020年 5月 颁奖机构 简单介绍 称号名称 2018-2019年哈尔滨工业大学优秀思想政治工作者 获奖时间 2019年12月 颁奖机构 简单介绍 称号名称 2018级哈尔滨工业大学“我最喜爱的优秀班主任” 获奖时间 2019年5月 颁奖机构 简单介绍 讲授课程 名称 本科生课程：《大学物理B（1）》、《大学物理B（2）》、《大学物理1（1）》、《半导体物理学》 MOOC课程：《改变世界的物理学》（王晓鸥、张伶莉、刘志国、曹永印、应涛） 研究生课程：计算光子学（丁卫强、曹永印） 招生信息 名称 每年招收硕士生1-2名。 学术成果 名称 Xiao Li#, Yongyin Cao# and Jack Ng*, Non-hermitian non-equipartition theory for trapped particles, Nature Communications, 15, 1963, 2024. (共同一作) Yanxia Zhang, Rui Feng, Bojian Shi, Qi Jia, Hang Li, Xiaoxin Li, Fangkui Sun, Yongyin Cao and Weiqiang Ding*, Ultra-compact mode converter based on longitudinal refractive index modulation, Optics Communications, 554, 130197, 2023. Yanyu Gao, Yongyin Cao*, Tongtong Zhu, Donghua Tang, Bojian Shi, Hang Li, Wenya Gao, Yanxia Zhang, Qi Jia, Xiaoxin Li, Rui Feng, Fangkui Sun and Weiqiang Ding*, Stable acoustic pulling in two-dimensional phononic crystal waveguides based on mode manipulation, 10(12): 1325, 2023. Qi Jia, Yanxia Zhang, Bojian Shi, Hang Li, Xiaoxin Li, Rui Feng, Fangkui Sun, Yongyin Cao, Jian Wang*, Cheng-Wei Qiu* and Weiqiang Ding*, Vector vortex beams sorting of 120 modes in visible spectrum, Nanophotonics, 12(20) : 3955-3962, 2023. Qi Jia, Rui Feng, Bojian Shi, Fangkui Sun, Yanxia Zhang, Hang Li, Xiaoxin Li, Yongyin Cao*, Jian Wang* and Weiqiang Ding*. Comensating the distorted OAM beams with near zero time delay, Applied Physics Letters, 121, 011104, 2022. Qi Jia, Rui Feng*,Bojian Shi, Yanxia Zhang, Hang Li, Xiaoxin Li, Fangkui Sun, Yongyin Cao, Hongyan Shi, Jian Wang*, and Weiqiang Ding*, Universal translation operator for Laguerre-Gaussian mode sorting, Applied Physics Letters, 121,191104, 2022. Bojian Shi, Yongyin Cao, Tongtong Zhu, Hang Li, Yanxia Zhang, Rui Feng, Fangkui Sun and Weiqiang Ding. Multi-particle resonant optical sorting using topological photonic structure, Photonics Research, 10(2):297-302, 2021. (一区, 副导师) Rui Feng, Hao Wang, Yongyin Cao, Yanxia Zhang, Ray Ng, You Sin Tan, Fangkui Sun, Cheng-Wei Qiu, Joel K. W. Yang, Weiqiang Ding. A Modular Design of Continuously Tunable Full Color Plasmonic Pixels with Broken Rotational Symmetry. Advanced Functional Materials, 2108437, 2021. （一区） Lin Wang, Yongyin Cao, Yanxia Zhang, Bojian Shi, Hang Li, Rui Feng, Fangkui Sun and Weiqiang Ding, Efficient particle collection using concentric optical ring array, J. Opt. 23 045002, 2021. Hang Li, Yongyin Cao, Bojian Shi, Tongtong Zhu, Yong Geng, Rui Feng, Lin Wang, Fangkui Sun, Yuzhi Shi, Mohammad Ali Miri, Manuel Nieto-Vesperinas, Cheng-Wei Qiu, and Weiqiang Ding, Momentum-Topology-Induced Optical Pulling Force, Phys. Rev. Lett. 124, 143901, 2020. （一区，副导师） Hang Li#, Yongyin Cao#, Lei-Ming Zhou, Xiaohao Xu, Tongtong Zhu, Yuzhi Shi, Cheng-Wei Qiu, and Weiqiang Ding， Optical pulling forces and their applications. Advances in Optics and Photonics, 12(2): 288-366, 2020. （一区，副导师） Lin Wang, Yongyin Cao, Bojian Shi, Hang Li, Rui Feng, Fangkui Sun, Lih Y. Lin, and Weiqiang Ding, Subwavelength optical trapping and transporting using a Bloch mode. Opt. Lett. 45(7): 1886-1889, 2020. T. T. Zhu, Y. Y. Cao, L. Wang, Z. Q. Nie, T. Cao, F. K. Sun, Z. H. Jiang, M. Nieto-Vesperinas, Y. M. Liu, C. W. Qiu and W. Q. Ding, Self-induced backaction octical pulling force. Phys. Rev. Lett. 130, 123901, 2018. （一区） Yong Geng, Jiubin Tan, Yongyin Cao, Yixuan Zhao, Zhengjun Lium and Weiqaing Ding, Giant and tunable optical torque for micro-motors, Scientific Reports, 8, 2819, 2018. L. Wang, Y. Y. Cao*, T. T Zhu, R. Feng, F. K. Sun and W. Q. Ding*, Optical trapping of nanoparticles with tunable inter-distance using a multimode slot cavity. Opt. Express, 25(24): 29761-29768, 2017. Y. Y. Cao, T. T. Zhu, H. Y. Lv and W. Q. Ding*, Spin-controlled orbitalmotion in tightly focused high-order Laguerre-Gaussian beams. Opt. Express,24(4), 3377-3384, (2016). T. T. Zhu, A. Novitsky, Y. Y. Cao, M. R. C. Mahdy, L. Wang, F. K. Sun,Z. H. Jiang, and W. Q. Ding, Mode conversion enables optical pulling force inphotonic crystal waveguides, Appl. Phys. Lett. 111, 061105 (2017). L. Y. Cui, X. Li, J. Chen, Y. Y. Cao, G. Q. Du, and J. Ng,One-dimensional photonic crystals bound by light, Phys. Rev. A, 96, 023833(2017). T. T. Zhu, M. R. C. Mahdy, Y. Y. Cao, H. Y. Lv, F. K. Sun, Z. H. Jiang,and W. Q. Ding, Optical pulling using evanescent mode in sun-wavelengthchannels. Opt. Express, 24(16),18436-18444, (2016). Y. Geng, T. T. Zhu, H. Y. Lv, Y. Y. Cao*, F. K. Sun, and W. Q. Ding,Flexible optical manipulation of ring resonator by frequency detuning anddouble-port excitation, Opt. Express, 24(14), 15863-15881, (2016). X. Li, J. J. Du, C. H. Yuen, L. Y. Cui, J. Chen, Y. Y. Cao, Z. F. Lin,C. T. Chan, and J. T. F. Ng, Calculating gradient force and scattering force inoptical tweezers using Fourier transform, Progress In Electromagnetic ResearchSymposium (PIERS), Shanghai, China, (2016). R. Feng, J. Qiu, Y. Y. Cao, L. H. Liu, W. Q. Ding and L. X. Chen,Wide-angle and polarization independent perfect absorber based onone-dimensional fabrication-tolerant stacked array, Opt. Express 23(16),21023-21031, (2015) Y. Y. Cao*, W. H. Song, W. Q. Ding, F. K. Sun and T. T. Zhu, Equilibriumorientations of oblate spheroidal particles in single tightly focused Gaussian beams.Opt. Express, 22 (15), 18113-18118, (2014) Selected for : Virtual Journal ofBiomedical Optics, 9(9), (2014). R. Feng, J. Qiu, Y. Y. Cao, L. H. Liu, W. Q. Ding and L. X. Chen,Omnidirectional and polarization insensitive perfect absorber in onedimensional meta-structures. Appl. Phys. Lett. 105, 181102, (2014). Y. Y. Cao*, L. X. Chen, W. Q. Ding, F. K. Sun, T. T. Zhu, Opticalcollection of multiple spheres in single tightly focused beams. Opt. Commun.311, 332-337 (2013). Y. Y. Cao*, A. B. Stilgoe, L. X. Chen, T. A. Nieminen, H.Rubinsztein-Dunlop, Equilibrium orientations and positions of non- sphericalparticles in optical traps. Opt. Express, 20 (12), 12987-12996 (2012). Selected for: Virtual Journal ofBiomedical Optics, 7(8), (2012). Y. Y. Cao*, A. B. Stilgoe, M. Stroet, V. A. B. Loke, L. X. Chen, T. A.Nieminen, H. Rubinsztein-Dunlop, Computational modelling of optical tweezerswith many degrees of freedom using dynamic simulation: cylinders, nanowires,and multiple particles. Proc. of SPIE, 8458, 84582V, (2012). A. B. Stilgoe, M. J. Mallon, Y. Y. Cao, T. A. Nieminen and H.Rubinsztein-Dunlop, Optical tweezers toolbox: better, faster, cheaper; chooseall three. Proc. of SPIE, 8458, 84582E, (2012). 教学成果 成果名称 1. 曹永印，张伶莉，张宇，王晓鸥，赵远，关于“光的干涉”部分教学模式的探讨，物理通报，10，10-12，2019. 2. 王晓鸥，张伶莉，曹永印，黄喜强，刘志国 等，基于“物理过程的”文科物理教学方法改革， 物理通报，8, 18-21, 2019. 3. 张伶莉，王晓鸥，黄喜强，刘志国，曹永印 等， 大学物理圆桌教学的翻转课堂教学模式研究，物理通报，5，16-18，2019. 4. 刘志国，黄喜强，张伶莉，曹永印，王晓鸥 等，关于“光的偏振”教学的一些尝试，物理与工程，03,84-88， 2020. 5. 张伶莉，王晓鸥，王先杰，孟庆鑫，曹永印 等，基于课堂演示实验的大学物理隐性思政教育，物理通报，2,15-17,2021. 6. 王晓鸥，张伶莉，袁承勋，黄喜强，刘志国，曹永印，“3%2B3”新高考制度大中物理教学衔接的研究与实践，物理与工程，2023. 7. 张伶莉，王晓鸥，黄喜强，刘志国，曹永印，王先杰，以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政探索——以光的偏振为例，大学物理，2023. 8. 王晓鸥，周可雅，张伶莉，刘志国，曹永印，应涛，“改变世界的物理学”课程思政教学实践，物理通报，2023. 9. 黄喜强，张伶莉，王晓鸥，刘志国，曹永印，时红艳，王旸，王先杰，孟庆鑫，张宇，立体式知识输出作业在大学物理教学中的应用探索，物理通报，2024. 研究领域 名称 微纳驱动世界，光电照亮未来。 哈尔滨工业大学物理学院先进光子学研究所的研究面坚持面向世界科技前沿，坚持面向国家重大需求，做有价值有意义的研究。近年来，我们的研究主要集中在微纳光子学，关注微纳尺度光子结构其中的新奇光学效应，具体包括两个大的方向。一是微纳操控，研究微纳尺度物体在光场及其它物理场作用下的运动及其控制规律，理解相互作用过程中的基本物理规律，从而实现微纳尺度下灵活、高效、可控的驱动方式，实现高性能的微纳机器人。二是光子芯片，研究如何利用微纳光子结构实现对光场传输特性的调控，使光的信息属性得到充分开发和利用，满足后摩尔时代人们对信息及时的实际需求，支撑未来人工智能和大数据及时的发展。 1. 微纳操控 精密操控微纳尺度的物体具有不可替代的重要作用，是实现微纳智能机器人的关键核心。微纳操控的原理很多，包括光学、声学、热学、磁学、化学等方法，其中光力研究分享得了2018年诺贝尔物理学奖。我们当前主要关注利用光场合声场对物体实现微纳操控： （1）光力与光场动量本性。研究介质中光场的动量本性以及特殊的光力效率，光学牵引力，横向力，反向力矩等效应。研究其产生机理、变化规律、以及应用。（2）量子腔光力学及其应用。光力作用下光子结构能发生微纳形变，从而实现光子与声子之间的耦合，并产生奇特的量子效应，在量子态操控、量子传感和量子计算等方面有重要应用。（3）基于光力的微纳传感、疾病诊断和治疗。基于病变细胞特性与正常细胞的细微差异，采用光力收到及其进行诊断，实现重大疾病的早期诊断这一难题。（4）光操控具有众多优势的同时，也有一个不足，即光力的幅值很小。利用声波能够很大程度弥补这一点。 2. 光子芯片 微电子芯片的发展已逼近物理极限，但人工智能大数据时代对数据处理的需求则在与日俱增。怎么解决这一矛盾？充分利用光子的并行、高速、低功耗等特性，使光子与电子协同工作是最佳的解决方案，实现电子芯片和光子芯片的协同工作是我们微纳光电子研究的目标。 （1）微纳光学结构中的新物理：在微纳光子结构中，实现基于超构单元的微纳光子功能器件。从而有望将光子系统的集成度提高到集成电路的水平。（2）光子芯片：超高速集成光子互联与信号处理，采用立体多层构架实现任意可控的低损耗光子互联，并同时实现信息处理能力。（3）光学神经网络：利用光的衍射效应以及集成光子结构单元，实现光学神经网络，从而克服目前神经网络中的低速和大功耗缺点，掌握未来科技发展核心，占领科技制高点。（3）有源和无源硅基光子器件。 团队成员 名称 现有成员 丁卫强，教授，博士生导师，黑龙江省杰青，哈工大物理学院先进光子学研究所所长；主要从事微结构光物理与技术研究（光与物质之间的力学作用，光学超结构，微纳光子学器件与技术，光计算等） 孙芳魁，副教授；集成光电子学，半导体物理与器件 冯睿，讲师，微纳光子器件与技术等 李航，博士生，光学牵引力 史博建，博士生，光力 张燕霞，博士生，器件优化设计 贾琦，博士生，光计算 李效欣，博士生，偏振光学成像 2021级硕士生：梁馨月，高艳雨，张宇飞，田耀恺，陈冉，王瑶，吴国伟 2022级硕士生：陈俊彤，邢淑静，李永欢，陈柏桥，丁启，刘亚龙 2023届本科生：骆全鑫（保研至北大），历彦榛（保研至中科院半导体所），任世勇（保研至本组），宋蕴譞（保研至本校），李晓宇（保研至本组），吴艾松（保研至本组），聂漫雪（考研）李梓良（考研） 毕业生 朱彤彤，博士；光学牵引力，微结构中的光力；大连理工任教 李 闯，博士；腔光力学，研究所 王琳，博士；微结构中的光力，南京工业大学任教 张亚琦，硕士；华为 李航，硕士；攻读博士 刘统明，硕士；华为 杨 森，硕士；攻读博士 美国 李学峰，本科；攻读博士 美国 吕海屹，硕士；光力；中兴，西安 姜思远，硕士，华为 马爽，硕士，就业 邹婷，硕士，就业 姚香芸，硕士，就业 李效欣，硕士，攻读博士 安宁，硕士，华为 宋睿，硕士，公务员 宋远锃，硕士，企业 薄百川，硕士，攻读博士 李础，本科；攻读硕士；北大 刘一石，本科，攻读硕士；浙大 耿 勇，本科；光力；读研，哈工大精密仪器 任泽剑，本科；光力；读研， 付泽宇，本科；光力；读研，哈工大物理系 李博文，本科；香港，攻读博士 范明东，本科；英国，攻读博士 罗 军，本科；光场角动量及其对物体旋转特性 李 铁，本科；石墨烯对微纳光子结构传输特性的影响 高 健，本科；中科院物理所纳米粒子所与能源材料实验室博士，上海大学 何煜涛，硕士；天津航空公司，飞行员 陈历学老师的部分毕业生 冯 睿，博士；金属纳米表面结构中的光学超吸，新加坡国立大学博士后 汪业龙，博士；^%\$不%^&**告()())(*&*^@诉##\$%你^# 陈国强，博士；微纳光子结构与器件。新加坡国立大学博士后 任海翠，博士；清华大学，博士后 汤冬华，博士；现任职于东北林业大学物理系，讲师 李 立，博士；现任职于哈尔滨工程大学，教授 李文慧，博士；现任职于燕山大学，信息科学与工程学院，副教授 问 峰，硕士；西安交通大学博士，西安交通大学讲师 赖 麟，硕士；现任职于华为，南京 何煜涛，硕士；天津航空公司，飞行员 于长秋，硕士；现哈尔滨工业大学攻读博士，杭州电子科技大学 袁 沭，硕士；中国科学院云南天文台 胡 挺，硕士；中国电子科技集团公司第三十四研究所 刘 艳，本科；中国电子科技集团公司第三十四研究所主要从事微结构光物理与技术研究光与物体之间的力学作用光与物体之间的力学作用