个人资料
- 直属机构：光电科学与工程学院
- 联系电话：65111693
- 性别：女
- 电子邮箱：gjzhang@suda.edu.cn
- 专业技术职务：
- 办公地址：18新利体育 逸夫楼406
- 毕业院校：大连理工大学
- 通讯地址：苏州市姑苏区十梓街1号
- 学位：
- 邮编：215006
- 学历：博士研究生
- 传真：
教育经历
- 博士,2002.07-2005.11,光学工程,大连理工大学物理系,大连理工大学
- 硕士（转硕博连读）,2000.08-2002.07,光学工程,大连理工大学物理系
- 本科,1996.08-2000.07,光电子技术,哈尔滨工程大学物理系
工作经历
- 2005.11-2011.06,18新利体育 现代光学技术研究所,光学传感与检测,助理研究员
- 2011.06-2018.07,18新利体育 现代光学研究所,微纳光学器件,副研究员
- 2013.09-2014.09,美国中佛罗里达大学光子学中心,红外光纤及应用,访问学者
- 2018.07-至今,18新利体育 光电学院,微纳光学器件及应用,副教授
个人简历
张桂菊，女，硕士生导师，副教授，中国民主同盟会盟员。主要从事光学材料与功能光子学器件、光学传感及应用研究。负责完成国家自然基金和国家专项2项，完成省部级和市厅级研究项目4项。在国内外学术期刊发表论文40余篇，申请发明专利10余项。
研究领域
1、光学相变薄膜、器件及应用
（1）基于硫化物的光学相变材料（PCM）
硫系化合物受到一定外部条件激励时，材料内部与外界发生能量交换，导致材料中的多种晶相和非晶相结构发生转变，并且相态转变发生后，将会自动保持当前的状态而不需要任何能量的输入，具有非易失性和相态切换速度极快的特点。该材料在两种形态下的原子排布不同，带来了光学和电学性质上的巨大差异。图1为硫化物相变材料及相态转变示意图。
图1 （a）三类典型的硫系相变化合物；（b）Ge-Sb-Te三元基化合物的非晶相与晶相态转变示意图
[D. Lencer, M. Salinga, B. Grabowski, T. Hickel, J. Neugebauer, and M. Wuttig. A map for phase-change materials. Nat. Mater. 7(12), 972–977 (2008)]
图2是实验室下制备的Ge-Sb-Se-Te四元硫化物薄膜在不同的外部激励后的折射率测量和表面形貌测量结果。
图2 （a）GSST薄膜在晶态和非晶体态下的折射率测量；（b）两种相态下的AFM测量结果。
（2）基于相变材料薄膜的微纳结构光波导器件
研究光波在有边界的材料结构（波导）中的模式传输和耦合是微纳结构器件设计的关键，条形波导结构具有模场限制和低损耗的光传输优点。图3是条形波导结构示意图及不同模式下的光场分布。图4是两根条形波导之间的耦合传输机制。
图3 条形波导结构及光场分布
图4 双条形波导的耦合传输：（a）双条形波导结构图；（b）偶对称和奇对称超模截面分布；（c）波导耦合传输。
将光学相变薄膜集成到各种条形波导结构中，实现光传输过程中的开关切换与复用。图5是利用GSST相变薄膜集成到SiN波导中实现一种1×2的微纳结构光波导单元开关器件，条形波导高度和高度约500nm~700nm，整个结构长度小于20μm。
图5 光学相变薄膜集成的微纳结构光波导开关设计与仿真：（a）1×2光开关结构体式图；（b）光开关结构截面图示；（c）两种相态下的光能量传输分布；（c）波导截面能量场分布。
具有相变薄膜集成的光波导微纳结构器件具有形式多样灵活和可集成度高的特点，从单元到阵列实现光的复用传输。图6是一种在2×2单元器件中通过集成GSST相变薄膜实现6×6阵列的光传输和复用器件。该结构可进一步拓展到任意N×N阵列结构器件。
图6 一种基于2×2单元的6×6阵列的光传输和复用
（3）微纳结构光波导器件的应用需求
全光网络中的应用：
网路技术解决的关键问题在于光交换技术、全光节点结构和传输特性控制技术。数据中心互联（DCI）是全光网重要的一环，采用基于光学相变薄膜GSST的高速非易失性多路多通道的光波导开关芯片进行光-光直接交换，取代传统光-电-光交换，将为数据中心、云计算、5G/6G与光纤通信网络的深度融合，以及处理海量多样化的差异数据，解决根本的扩容问题。（图7为全光网络技术架构图示。图中DCI：数据中心互连）
图7 全光网络技术架构示意图
微纳结构光子神经网络的构建及应用：
利用光学相变材料集成的微纳光子学结构实现光子神经拟态计算是一种非常有前景的光学神经网络实现方法。硫系光学相变薄膜的加入，可以在硬件上提供神经元的基本整合发放功能和突触可塑的加权操作，为新一代的光电混合架构的神经网络构建提供支持。图8为Feldmann等人在2019年利用PCM实现了脉冲神经网络的全光学、可集成和可扩展的神经拟态框架。
图8 光脉冲神经网络的实现框图
[J. Feldmann, N. Youngblood, C.D. Wright, H. Bhaskaran, and W. H. P. Pernice, All optical spiking neurosynaptic networks with self-learning capabilities, Nature, 2019, 569(7755):208-214]
2、微纳粒子检测技术（光学传感）
随着全球经济和科学的迅速发展，在众多生产加工和18新利备用网站 领域中都会遇到对细微颗粒物质分布进行检测的需求。例如，电子/半导体行业中对洁净厂房的要求，使得尘埃粒子计数和分布检测称为环境检测的必备仪器。激光散射测量技术是环境细微粒子检测的一种重要手段。
光入射到与周围介质具有不同介电常数的非吸收物质（微纳粒子）时，发生散射现象并导致入射光强减弱。物质的散射光强度分布与粒子材料、粒径、入射光特性等相关。通过建立粒子散射光强度与粒径的函数关系，对不同环境下的不同粒径的微纳米粒子进行探测。图9是光与粒子相互作用示意图（a）和不同粒径下（100/200/300nm）粒子的散射强度与散射角关系的“径向图”分布图。
图9 （a）光与物质相互作用发生散射示意图；（b）根据Mie理论研究得到不同直径粒子的散射光强与散射角分布图。
洁净室及洁净区悬浮粒子的洁净度等级以环境中空气悬浮粒子的粒径与浓度值进行等级划分，因此粒子计数器的粒径测量精确及灵敏度是生产过程中质量和安全检测的关键技术。图10是激光散射粒子计数仪器的基本工作原理图示。
图10 激光散射粒子计数器的工作原理。
开授课程
- 1、微弱信号检测技术,本科生,2007-2020
- 2、信息光学,本科生,2018-至今
- 3、光电信息综合实验,本科生,2019-至今
- 4、导波光学,研究生,2012-至今
科研项目
- 1、基于Bragg体光栅的角选择宽带滤波器件研究,2012.01-2014.12,国家自然基金青年,负责人
- 2、微纳光学结构集成GaN基LED出光特性和机理研究,2011.07-2014.06,江苏省自然基金面上,负责人
- 3、新型光学偏振玻璃的制备与光传输特性研究,2012.08-2015.12,江苏省高校自然18新利备用网站 重大,负责人
- 4、***空间滤波技术研究,2015.01-2016.03,国家专项,负责人
- 5、 面向光通信器件的新型光波导材料和高速电路研究与开发,2020.01-,校企合作
- 6、激光散射粒子计数研究,2021.06-,校企合作,负责人
论文
- 1、Design and research of multiparameter tunable optical filter based on phase-change Bragg grating,Optical Engineering,SCI,2022,6(18):087101,通讯作者
- 2、Ultra-narrowband absorption filter based on a multilayer waveguide structure,Optics Express,SCI,2021,29(10):14582-14600,通讯作者
- 3、基于相变材料的可重构模式复用光波导开关,光学学报,EI,2021,41(17):1723001,通讯作者
- 4、复介电常数的K-K修正对金属纳米球阵列结构光学特性的影响,光学学报,EI,2019,39(02):0212002,通讯作者
- 5、应用于微型成像的氮化镓超透镜设计,光学精密工程,EI,2018,26(12):2917-2922,通讯作者
科技成果
- 1、偏振出光发光二极管,ZL200910033968.3,18新利体育 ,曹冰，张桂菊，王钦华，韩琴,发明专利,授权
- 2、全正色散腔锁模全光纤激光器,ZL20091023168.1,18新利体育 ,刘东峰, 张桂菊, 王钦华, 余建军,发明专利,授权
- 3、一种窄带陷波滤光输出的发光二极管及其制备方法,201210018712.7,张桂菊，曹冰，王钦华,发明专利,授权
- 4、一种宽带角度选择光学滤波器及其制备方法,ZL201510013745.6,张桂菊，袁孝，张柯，张翔，邹快盛，熊宝星,发明专利,授权
- 5、一种宽带角度选择光学滤波器,ZL 2015 2 0018178.9,张桂菊，袁孝，张柯，张翔，邹快盛，熊宝星,实用新型,授权
- 6、一种波长可调、带宽可控的超窄带光学滤波器及其调控方法,202010923753.5,18新利体育 ,张桂菊，彭婉，袁子佩，秦琳玲,发明专利,实审
- 7、一种基于导模共振原理的超窄带波长可调光学滤波器,ZL202021916183.9,18新利体育 ,彭婉，张桂菊，袁子佩，秦琳玲,实用新型,授权
- 8、一种基于相变材料的2×2光波导开关及其制备方法,202111573963.7,18新利体育 ,张桂菊，汪成根，王笑笑,发明专利,实审
- 9、一种基于相变材料的2×4光波导开关,202011539328.2,上海交大平湖智能光电研究院，18新利体育 , 郑分刚，张桂菊，吕元帅，汪成根，王笑笑,发明专利,实审
- 10、一种基于相变材料的多模式切换的1×3光开关及其制备方法,202210940928.2,张桂菊，高雪松，汪成根，崔元昊,发明专利,实审
荣誉及奖励
- 1、建设银行奖教金（教书育人类）,18新利体育 ,2021.03,三等
- 2、18新利体育 第三届课程思政课堂教学竞赛,2021.06,三等
- 3、中国民主同盟先进个人,18新利体育 ,2021.11,市级
招生信息
欢迎对光学传感与应用和微纳结构光子学器件设计与应用感兴趣的同学报考课题组的研究生！
欢迎对科研感兴趣的本科生加入！
联系方式：gjzhang@suda.edu.cn; 13656218351（微信）。
