光谱与光学显微成像课题组（SOIL）
光谱与光学显微成像课题组（Spectroscopy and Optical Imaging Lab, SOIL）隶属于哈尔滨工业大学物理学院现代光学研究所，依托于微纳光电信息系统理论与技术工信部重点实验室和微光学与光子学技术黑龙江省重点实验室。我们致力于发展新型显微光谱和显微成像技术，并利用这些研究技术探索物质的光学和光电性质。我们的研究特色是单粒子测量和局域测量，从而最大程度的避免平均效应。
目前主要在以下五个研究方向开展研究：（1）利用时空分辨的瞬态吸收显微光谱和成像技术研究纳米材料和光电材料中的超快载流子动力学；（2）利用偏振调制显微光谱和成像技术研究纳米材料的光学各向异性和光学活性；（3）二维材料的生长、修饰和性质调控研究；（4）基于非线性光学显微成像技术的无标记生物成像；（5）超快电子显微镜。
欢迎有志于从事前沿基础研究的本科生、硕士生和博士生加入课题组！
基本信息
高波
特任研究员，博士生导师
哈尔滨工业大学物理学院，现代光学研究所
微纳光电信息系统理论与技术工信部重点实验室
微光学与光子学技术黑龙江省重点实验室
教育经历
2003.09-2008.07 北京大学 理学博士 导师：刘忠范院士，张锦院士
1999.09-2003.07 西安交通大学 理学和管理学双学士 导师：于德梅教授
工作经历
2012.07-至今 哈尔滨工业大学 特任研究员
2010.04-2012.07 美国圣母大学 博士后，合作导师：Prof. Libai Huang and Prof. Gregory Hartland
2009.03-2010.03 美国加州大学戴维斯分校 博士后，合作导师：Prof. Gang-yu Liu and Prof. Richard Kiehl
2008.07-2009.03 北京大学 博士后，合作导师：张锦院士
荣誉
2020哈尔滨工业大学百优本科毕业设计(论文)指导教师
2018哈尔滨工业大学百优本科毕业设计(论文)指导教师
首届全国大学生创新创业实践联盟年会优秀论文三等奖
讲授课程
1. 纳米材料的光谱和光学成像
本课程是全校性的创新研修课，中英文双语授课。课堂教学内容从典型纳米材料的制备方法入手，然后引入多种常见的和新型的光谱和光学成像方法，通过讲述光谱和成像的原理、仪器搭建和在纳米材料领域的应用，揭示纳米材料独特的电子结构、声子性质和光学性质。实践教学内容选自课程负责人近几年所发表的纳米材料研究论文和所参与的纳米材料研究项目，能够在课程负责人的实验室开展。该课程适合理工科大学生了解纳米科学与技术的前沿，熟悉和参与科学研究，掌握1-2种先进的实验技术，为未来从事相关领域的科学研究打下基础。
面向学生：全校大二和大三学生。
内容：1. Introduction to nanomaterials，2. CVD，3. Exfoliation，4. Raman spectroscopy，5. UV-Vis spectroscopy，6. Fluorescence spectroscopy，7. Optical imaging by scanning optical microscopy，8. Modality of scanning optical microscopy，9. Optional projects。
2013年秋季课程选修学生郭宇获得中国发明专利一项，并荣获2014年哈尔滨工业大学第七届本科生学术论坛一等奖；2017年秋季选修学生曲佳凡荣获2018年哈尔滨工业大学第十一届本科生学术论坛奖励。上述成果均来自本课程实践课题。
2. 生物光子学导论
本课程是光电信息科学与工程专业本科生的专业选修课。生物光子学研究光和生物物质之间的相互作用，是融合了光子学和生物学的一个前沿交叉学科，是光子学在生物领域的延伸。光子学可以用于光学诊断和光学治疗；反过来，生物材料为未来的光学技术应用提供了新的光子学介质。生物光子学导论课程的任务是系统讲解生物光子学这一前沿交叉领域，包括光生物学，光学生物成像，超分辨光学生物成像，光学生物传感，光动力疗法，激光组织工程学，光镊、生物光子学材料等。本课程的目的是通过学习使学生了解和理解生物光子学领域的各项技术、基本原理和研究前沿，为未来从事生物光子学的研究和应用打下基础。
面向学生：物理学院大二学生。
内容：生物光子学导论课程简介，1. 光和物质的基本性质，2. 光和物质的相互作用，3. 光生物学，4. 生物成像—原理和技术，5. 生物成像—应用，6. 非线性光学生物成像，7. 生物光学传感器，8. 光动力疗法，9. 基于光的组织工程学，10. 光镊，11. 生物光子学材料。
3. 纳米光子学
本课程是物理学院光学方向硕士研究生的学科基础课。纳米光子学作为一个处于快速发展中的前沿学术领域，是纳米技术与光子学融合的产物，也涉及物理、化学、生物、工程技术及其他应用科学的多学科交叉。纳米光子学的研究内容主要包括在纳米尺度结构中光子的产生、传播、控制及探测。作为光学及相关学科研究生，了解和掌握纳米光子学基本概念、原理及其应用是十分重要和必要的。通过本课程学习，将深入了解纳米光子学器件的操作原理和物理机理，在纳米尺度设计材料控制光子传输特性，通过设计和控制材料特性以期最终制备具有优良性能的光子学器件。更重要的是了解纳米尺度下光与物质相互作用的物理机理，为发展新型光子学器件和技术奠定基础。
面向学生：物理学院一年级研究生。
内容：1. 纳米材料及其光学性质，2. 一维纳米材料光子学，3. 二维纳米材料光子学，4. 纳米材料的非光学表征，5. 近场光学显微技术，6和7. 非线性光学显微镜及其在纳米研究中的应用。
4. 探索光的奥秘——当光邂逅物质
该课程是全校性的新生研讨课，尝试从不同的主题对光进行介绍和讨论，每个主题都涵盖了基本的光学现象、相关的光学知识和蕴含的光学原理，并进一步延伸到该主题内的研究前沿。课堂教学采用知识介绍和课堂讨论的方式开展。每次课程首先由任课教师介绍光的某一主题，包括基本知识和原理，然后由任课老师提出与该主题相关的一些基本现象、科学问题和研究前沿，并引导学生开展讨论，揭示基本现象与科学问题之间的联系，以及对科学研究的启示。通过该课程，学生将理解一些光学现象和其中蕴含的光学原理，了解光学的一些热门研究前沿和从事科研的方法，并培养科研兴趣。
面向学生：全校大一学生。
内容：1.光去哪儿了——光的吸收，2.光从哪儿来——光的发射，3.从蓝天白云到拉曼散射——光的散射，4.我的眼里只有你——光的探测，5.我们能看多小——光的衍射，6.从光合作用到太阳能电池——光与能源，7.从光盘到全息存储——光学存储，8.从光学诊断到光学治疗——生物光子学。
5. 摄影：物理与艺术
本课程是全校性的素质文化选修课。本课程将介绍多种不同摄影技术中涉及到的物理问题（包括几何光学、半导体物理学等），这些物理问题与所得照片的内在联系，以及如何利用这些联系得到想要的照片。
面向学生：全校大二、大三、大四学生。
内容：1.摄影发展简史，2.光的性质及其对摄影的影响，3.摄影中的几何光学，4.摄影中的光能，5.颜色的艺术和科学，6.光探测器中的物理，7.数字摄影的艺术内涵
6. Optical properties of solids
本课程是光电信息科学与工程专业本科生的专业选修课。
面向学生：物理学院大四学生。
研究方向
1. 利用时空分辨的瞬态吸收显微光谱和成像技术研究纳米材料和光电材料中的超快载流子动力学
我们在实验室搭建了瞬态吸收显微成像系统，既可以同时扫描泵浦光束和探测光束研究载流子弛豫动力学，也可以固定泵浦光束，扫描探测探测光束研究载流子扩散、传输、转移动力学。
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目前主要该研究石墨烯、黑磷等层状二维材料的载流子动力学，关注基底、修饰对载流子动力学和声学声子的调控，载流子动力学和声学声子的各向异性，二维材料垂直异质结中的载流子动力学等。
同时，我们也在谋求研制时空分辨的受激拉曼散射成像，通过振动跃迁研究复合材料和异质结中的载流子动力学。
2. 利用偏振调制显微光谱和成像技术研究纳米材料的光学各向异性和光学活性
我们已经在实验室搭建了偏振调制显微光谱和成像系统，通过线偏振调制研究单个纳米材料的光学各向异性（包括线双折色射和线二色性），通过圆偏振调制研究单个手性结构和其它材料的光学活性（包括圆双折射和圆二色性）。
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目前的研究内容：（1）研究各向异性二维材料的光学性质及其及其调控，如黑磷、ReS2等。（2）研究单个手性物质的性质、动力学实时观察及其调控，包括单个手性超分子，单个手性纳米结构、二维材料等。（3）研究常温下二维材料中谷电子引起的荧光圆二色性及其调控。
3. 二维材料的生长、修饰和性质调控研究
我们在实验室搭建了两套低压CVD系统，用于生长二维材料。
目前的研究内容：（1）二维材料及其异质结的制备和生长机理研究。（2）开发新型的共价和非共价化学修饰方法，用于调控单层和少层二维纳米材料能带结构、光学、电学、催化等性质。（3）利用基底和可调控的基底进一步调控二维材料的能带结构、光学和电学性质。
4. 基于非线性光学显微成像技术的无标记生物成像
我们主要利用已经搭建的瞬态吸收显微成像系统，基于吸收信号实现单个红细胞、黑色素细胞的无标记检测和疾病诊断，并深入理解生物结构的超快光物理过程。
未来，我们也将搭建相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）成像和受激拉曼散射（SRS）成像等系统，基于分子振动信号研究更广泛的生物结构。
5. 超快电子显微镜
我们正在和分析测试中心的魏大庆老师合作，把光学泵浦探测和透射电子显微镜结合，实现光学泵浦-透射电子探测，从而达到飞秒时间分辨和亚纳米空间分辨。目前主要侧重于超快电子显微镜技术研究。
科研项目
国家自然科学基金重大研究计划培育项目，2020.01-2022.12，主持
国家自然科学基金面上项目，2020.01-2023.12，参与人（排序第二）
国家自然科学基金面上项目，2015.01-2018.12，主持
国家自然科学基金青年项目，2013.01-20115.12，主持
哈尔滨工业大学科研启动项目，2012.07-2015.06，主持
期刊论文
26. Mengci He+, LJ+, Hongyan Shi, Xiudong Sun and Bo Gao*, Growth of Vertical MoS2 Nanosheets on Carbon Materials by Chemical Vapor Deposition: Influence of Substrates, Materials Research Express, 2019, 6: 1150c1.
25. Menci He, Hongyan Shi, Peng Wang, Xiudong Sun and Bo Gao*, Porous Molybdenum Carbide Nanostructures Synthesized on Carbon Cloth by CVD for Efficient Hydrogen Production, Chemistry - A European Journal 2019, 25: 16106-10113.
MaterialsViewsChina: https://mp.weixin.qq.com/s/6FAxtW7jlleRQZgt1xsZsA
24. Shengjie Meng, Hongyan Shi, Hu Jiang, XiudongSun and Bo Gao*, Anisotropic Charge Carrier and Coherent Acoustic Phonon Dynamics of Black Phosphorus Studied by Transient Absorption Microscopy, Journal of Physical Chemistry C 2019, 123: 20051-20058.
23. LJ, Jiafan Qu, Peng Wang, Hu Jiang, Hongyan Shi, Xiudong Sun and Bo Gao*, A Facile Method for Precise Layer Number Identification of Two-Dimensional Materials through Optical Images, Optics Communications 2019, 440: 21-25.
22. Peng Wang, LJ, Jiafan Qu, Shengyong Cao, Hu Jiang, Mengci He, Hongyan Shi, Xiudong Sun, Bo Gao* and Wenjun Liu, Mechanism of Alkali Metal Compound-Promoted Growth of Monolayer MoS2: Eutectic Intermediates, Chemistry of Materials 2019, 31: 873-880.
21. Ruben Segovia, Leyan Ding, Hu Jiang, Miao Peng, Xiudong Sun, Hongyan Shi and Bo Gao*, Effect of Phase Transition Stress on the Photoluminescence of Perovskite CH3NH3PbI3 Microwires, Journal of Materials Science 2019, 54: 5331-5342.
20. Hu Jiang, Hongyan Shi, Xiudong Sun and Bo Gao*, Fast Identification of Crystalline Orientation of Anisotropic Two-Dimensional Materials using Scanning Polarization Modulation Microscopy, Applied Physics Letters 2018, 113: 213105.
19. Mengci He, Fanpeng Kong, Geping Yin, Zhe Lv, Xiudong Sun, Hongyan Shi* and, Bo Gao*, Enhanced Hydrogen Evolution Reaction Activity of Hydrogen-Annealed Vertical MoS2 Nanosheets, RSC Advances 2018, 8: 14369-14376.
18. Hu Jiang, Hongyan Shi, Xiudong Sun and Bo Gao*, Optical Anisotropy of Few-layer Black Phosphorus Visualized by Scanning Polarization Modulation Microscopy, ACS Photonics 2018, 5: 2509-2515.
17. Ruben Segovia, Geyang Qu, Miao Peng, Xiudong Sun, Hongyan Shi* and Bo Gao*, Evolution of Photoluminescence, Raman and Structure of CH3NH3PbI3 Peroveskite Microwires under Humidity Exposure, Nanoscale Research Letters 2018, 13: 79.
16. Dandan Liu, Menci He, Can Huang, Xiudong Sun and Bo Gao*, Fermi-Level Dependence of the Chemical Functionalization of Graphene with Benzoyl Peroxide, Journal of Physical Chemistry C 2017, 121: 10546-10551.
15. Can Huang, Mengci He, Dandan Liu, Xiudong Sun and Bo Gao*, Oriented Organic Nanowires Self-Assembled on Graphene Surface, Journal of Physical Chemistry C 2016, 120: 17564-17569.
14. Guodong Gao, Dandan Liu, Shangcheng Tang, Can Huang, Mengci He, Yu Guo, Xiudong Sun and Bo Gao*, Heat-Initiated Chemical Functionalization of Graphene, Scientific Reports 2016, 6: 20034.
13. Bo Gao, Gregory Hartland and Libai Huang*, Transient Absorption Spectroscopy of Excitons in an Individual Suspended Metallic Carbon Nanotube, Journal of Physical Chemistry Letters 2013, 4: 3050-3055.
12. Todd A Major, Aurelien Crut, Bo Gao, Shun Shang Lo, Natalia Del Fatti, Fabrice Vallee and Gregory V Hartland*, Damping of the Acoustic Vibrations of Single Suspended Gold Nanowires in Air and Water Environments, Physical Chemistry Chemical Physics 2013, 15: 4169-4176.
11. Hongyan Shi, Rusen Yan, Simon Bertolazzi, Jacopo Brivio, Bo Gao, Andras Kis, Debdeep Jena, Huiling Xing, Libai Huang*, Exciton Dynamics in Suspended Monolayer and Few-Layer MoS2 2D Crystals, ACS Nano 2013, 7: 1072-1080.
10. Bo Gao, Gregory Hartland and Libai Huang*, Transient Absorption Spectroscopy and Imaging of Individual Chirality Assigned Single-Walled Carbon Nanotubes, ACS Nano 2012, 6: 5083-5090.
9. Bo Gao, Gregory Hartland, Tian Fang, Michelle Kelly, Debdeep Jena, Huili (Grace) Xing, and Libai Huang*, Studies of Intrinsic Hot Phonon Dynamics in Suspended Graphene by Transient Absorption Microscopy, Nano Letters 2011, 11: 3184-3189.
8. Libai Huang*, Bo Gao, Gregory Hartland, Michelle Kelly, Huili Xing, Ultrafast Relaxation of Hot Optical Phonons in Monolayer and Multilayer Graphene on Different Substrates, Surface Science 2011, 605: 1657-1661.
7. Zhongfan Liu*, Jin Zhang, Bo Gao, “Raman Spectroscopy of Strained Single-Walled Carbon Nanotubes”, Chemical Communications 2009: 6902-6908.
6. Bo Gao, Yongyi Zhang, Jin Zhang*, Jing Kong*, Zhongfan Liu*, Systematic Comparison of the Raman spectra of Metallic and Semiconducting SWNTs, Journal of Physical Chemistry C 2008, 112: 8319-8323.
5. Bo Gao, Xiaojie Duan, Jin Zhang*, Gang Wu, Jinming Dong, Zhongfan Liu*, “G-band Variation of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes under Torsional Strain”, Journal of Physical Chemistry C 2008, 112: 10789-10793.
4. Bo Gao, Lai Jiang, Xi Ling, Jin Zhang*, Zhongfan Liu*, Chirality-Dependent Raman Frequency Variation of Single-Walled Carbon Nanotubes under Uniaxial Strain, Journal of Physical Chemistry C 2008, 112: 20123-20125.
3. Xiaojie Duan, Hyungbin Son, Bo Gao, Jin Zhang*, Tianjiao Wu, Georgy G.Samsonidze, Mildred S. Dresselhaus, Zhongfan Liu*, and Jing Kong, “Resonant Raman Spectroscopy of Individual Strained Single-Wall Carbon Nanotubes”, Nano Letters 2007, 7: 2116-2221.
2. Bo Gao, Xiaojie Duan, Jin Zhang*, Tianjiao Wu, Hyungbin Son, Jing Kong, and Zhongfan Liu*, Raman Spectral Probing of Electronic Transition Energy Eii Variation of Individual SWNTs under Torsional Strain, Nano Letters 2007, 7: 750-753.
1. Liying Jiao, Hongjun Gao, Guoming Zhang, Guoyong Xie, Zhou X, Yingying Zhang, Yongyi Zhang, Bo Gao, Gang Luo, Zhongyun Wu, Tao Zhu, Jin Zhang, Zhongfan Liu*, Shicheng Mu, Haifang Yang, Changzhi Gu, Fabrication of Metallic Nanostructures by Negative Nanoimprint Lithography, Nanotechnology 2005, 16: 2779-2784.
发明专利
1. 高波，郭宇，高国栋，一种基于固相热化学反应的表面单壁碳纳米管的化学修饰方法，2016.2.17，中国，ZL201410213549.9。
2. 高波，何梦慈，一种基于固相光化学反应的表面石墨烯的定点化学修饰方法，2017.8.25，中国，ZL201610024422.1。
3. 高波，高国栋，何梦慈，一种基于固相热化学反应的表面石墨烯的化学修饰方法，2017.8.25，中国，ZL201610024408.1。
4. 高波，何梦慈，一种二硫化钼纳米墙的合成方法，2019.2.19，中国，ZL201610147322.8。
5. 高波，雷佳雨，一种用于二维材料薄膜厚度测量的高效光学测量方法，中国，申请号：201811548329.6。
6. 高波，何梦慈，一种碳化钼纳米材料的合成方法，中国，申请号：201910745218.2。
招生和招聘信息
本科生
欢迎物理、化学、材料等学科的校内外大二、大三本科生到课题组从事科研工作，以及大四本科生到课题组做毕业论文（无须承诺攻读硕士或博士学位）。请直接发Email预约或咨询。
每个年级招收2-3人。
硕士生（包括硕博连读和直博）
欢迎已经获得学士学位或即将获得学士学位的同学到课题组攻读硕士学位（包括硕博连读和直博）。鼓励加入课题组读研的校外大四本科生来做毕业设计，提前介入硕士学位论文研究工作（非哈市学生提供住宿补贴）。请直接发Email咨询研究方向和报考事宜
每年招收1-2人。2020年仍有入学名额。
博士生（推荐攻博或申请考核）
欢迎已经获得或即将获得硕士学位的同学以推荐攻博、申请考核等方式到课题组攻读博士学位，请直接发Email咨询研究方向和报考事宜。
每年招收1-2人。
p.s.：在满足学校和院系基本要求的情况下，课题组招生只看兴趣和态度，不看成绩和出身。
相关链接
链接名称
Libai Huang's group---Purdue University
链接地址
http://www.chem.purdue.edu/huang/Home.html
链接名称
北京大学纳米化学研究中心
链接地址
http://www.chem.pku.edu.cn/nanochemistry/
链接名称
Guo Hong's group---University of Macau
链接地址
https://iapme.um.edu.mo/research/prof-guo-hongs-research-group/
