研究方向：
回音壁模式光学微腔：
回音壁模式光学微腔通过全反射将光子局域在封闭的环形结构中，当光子在腔内传播一周的光程等于波长的整数倍时即满足共振条件，这种模式叫做光学回音壁模式。由于其极高的品质因子与较小的模式体积，可大大增强光与物质相互作用强度，因此已在腔量子电动力学、腔光力学、高灵敏传感器、微型激光器、非线性光学、光学频率梳、集成光子学滤波器等方面获得广泛应用。近年来基于高品质因子光学微腔开展精密测量及非线性光学方面的研究，已制备出品质因子超过4×108的光学微腔，达到国际先进水平。在高灵敏超声波探测器、高灵敏微腔磁力仪、微腔布里渊激光、微腔光学频率梳等方面获得一系列创新成果。
主要工作成果：
李贝贝瞄准光学微腔的关键应用和技术瓶颈，长期从事高品质因子光学微腔的设计制备和高灵敏传感探测应用研究。自2018年10月加入物理所以来，从零开始搭建了微腔光子学实验研究平台，并制备出品质因子超过108的SiO2光学微腔和品质因子超过107的Si3N4微腔，达到国际领先水平。基于高品质因子光学微腔开展高灵敏传感探测及窄线宽激光器研究，在高灵敏超声波传感器、高灵敏磁力仪、微腔布里渊激光等方面取得一系列创新成果。基于传感方面的工作，于2019年获得“饶毓泰基础光学奖”，于2024年获得“微腔光学青年科学家奖”。共发表期刊论文48篇，其中第一/通讯作者论文26篇。自2018年10月加入中国科学院物理研究所以来，共发表通讯/第一作者论文15篇，其中包括PRX 1篇，Light 3篇等。研究成果总被引超过3000次，h-index为23。近年来在微腔传感与精密测量方面的研究成果如下：
(1) 基于光学微腔实现片上集成、高灵敏度超声波传感器：为提高光学微腔超声波传感的灵敏度，我们利用同时具有较高的光学与机械品质因子的SiO2光学微腔，实现了仅受热噪声限制的灵敏度，在MHz频段实现了46 μPa/Hz1/2的灵敏度(Phys. Rev. Appl. 18, 034035 (2022))，在kHz频段实现了1.18 μPa/Hz1/2的灵敏度(Photonics Res. 7, 1139 (2023))，为目前报道的微腔超声波传感的最高记录。此外，为进一步提高超声波传感器的片上集成度，并使传感器可在液体环境中工作，我们进而开发了基于集成Si3N4微腔超声波传感器，并成功将器件封装，进而实现超声成像应用演示(X. Cao#, H. Yang#, M. Wang#…Q.-F. Yang*, and B.-B. Li*, Submitted)。这些研究基础为本项目的实施奠定了坚实的基础。而本项目将利用该集成微腔超声波传感器与片上光梳结合，来构建便携化超声传感阵列，进而实现光声成像应用。基于高灵敏超声波传感工作，受邀撰写以下综述文章：Light: Sci. Appl. 13, 159 (2024); Nanophotonics 10, 2799 (2021).
(2) 利用光学微腔实现全片上集成的高灵敏度磁力仪，将灵敏度提高两个量级以上，并利用微腔磁力仪实现电晕电流检测：为提高微腔磁力仪的灵敏度与片上集成度，我们近年来致力于高灵敏微腔磁力仪研究，获得一系列创新性成果：(1) 通过将磁致伸缩材料FeTbDy颗粒嵌入光学微腔，并优化微腔磁力仪的制备工艺，实现了仅受热噪声限制的灵敏度，达到26 pT/Hz1/2，相比于前人利用磁致伸缩材料颗粒的微腔磁力仪灵敏度提高了8倍左右(Photonics Res. 8, 1064 (2020))。进一步，通过参量下转换方法产生压缩光，将散粒噪声压制2.5 dB，从而将磁力仪灵敏度提高20%，带宽提高50% (Optica 5, 850 (2018))。(2) 通过磁控溅射镀膜法制备磁致伸缩材料薄膜，实现微腔磁力仪的批量、可重复性制备(APL Photon. 3, 120806 (2018))。我们近期通过进一步优化磁控溅射镀膜工艺，将微腔磁力仪灵敏度提升至1.68 pT/Hz1/2，相比于前人利用磁控溅射法制备的微腔磁力仪的灵敏度提高了两个量级以上，并利用该微腔磁力仪实现了电晕电流检测（Light Sci. Appl. 13, 279 (2024)）。
(3) 基于超模光学微腔实现布里渊激光和光力强耦合，将单光子光力耦合强度提高30倍，并利用高Q微棒腔实现线宽低至0.15 Hz的布里渊激光：为了提高微腔中的布里渊光力耦合强度，我们通过在微腔边缘制备纳米尺度的周期性布拉格光栅，使得正反传播的光学模式通过背向散射发生耦合，从而产生一对相隔布里渊声子频率的光学超模，这种方法使得可在任意大小的微腔中实现布里渊散射。我们利用超模光学微腔同时实现了布里渊激光与光力强耦合，其单光子光力耦合强度达到12.52 kHz，相比于前人工作提高了30倍(PRX 14, 011056 (2024))。此外，我们利用品质因子高达109的微棒腔，实现了线宽低至0.15 Hz的窄线宽布里渊激光(Submitted to ACS Photonics)。该窄线宽激光可显著降低激光器的相位噪声，从而应用于提高传感器灵敏度。
(4) 利用集成Si3N4微腔和SiO2微腔实现孤子光梳：Si3N4微腔：我们通过与北京大学物理学院杨起帆研究员课题组合作，成功制备出品质因子为107的集成Si3N4微腔，并基于此产生了亮孤子脉冲光梳。此外，将角动量与频率两个自由度相结合，利用集成氮化硅周期性调制的微腔产生了一种新型涡旋光孤子光梳(Nat. Photonics 18, 632-637 (2024))。SiO2微腔：我们也成功制备出品质因子达到108以上的二氧化硅盘腔，并实现多模压缩态的光梳(Light Sci. Appl. (2025), accepted)。此外，通过在微盘腔上镀金属环来吸收微腔高阶模的光场，实现了对模式交叉的有效抑制，从而实现无色散波的孤子光梳。这些研究基础将为本项目中所需的片上光梳提供基础。
代表性论文
1. Zhi-Gang Hu#, Yi-Meng Gao#, Jian-Fei Liu#, Hao Yang, Min Wang, Yuechen Lei, Xin Zhou, Jincheng Li, Xuening Cao, Jinjing Liang, Chao-Qun Hu, Zhilin Li, Yong-Chang Lau*, Jian-Wang Cai*, Bei-Bei Li*, “Picotesla-sensitivity microcavity optomechanical magnetometry,” Light Sci. Appl. 13, 279 (2024).
2. Min Wang#, Zhi-Gang Hu#, Chenghao Lao, Yuanlei Wang, Xing Jin, Xin Zhou, Yuechen Lei, Ze Wang, Wenjing Liu, Qi-Fan Yang*, and Bei-Bei Li*, “Taming Brillouin optomechanics using supermode microresonators”, Phys. Rev. X 14(1), 011056 (2024).
3. Xuening Cao, Hao Yang, Zu-Lei Wu, and Bei-Bei Li*, “Ultrasound sensing with optical microcavities” Light: Sci. Appl. 13, 159 (2024).
4. Min Wang#, Yuechen Lei#, Zhi-Gang Hu, Chenghao Lao, Yuanlei Wang, Xin Zhou, Jincheng Li, Qi-Fan Yang*, and Bei-Bei Li*, “Coupling ideality of standing-wave supermode microresonators,” Photonics Res. 8, 1610 (2024).
5. Hao Yang#, Xuening Cao#, Zhi-Gang Hu, Yimeng Gao, Yuechen Lei, Min Wang, Zhanchun Zuo, Xiulai Xu, and Bei-Bei Li*, “Micropascal-sensitivity ultrasound sensors based on optical microcavities,” Photonics Res. 11(7), 1139 (2023).
6. Yuechen Lei#, Zhi-Gang Hu#, Min Wang, Yi-Meng Gao, Zhanchun Zuo, Xiulai Xu, and Bei-Bei Li*, “Fully reconfigurable optomechanical add-drop filters,” Appl. Phys. Lett. 21(18), 181110 (2022).
7. Hao Yang, Zhi-Gang Hu, Yuechen Lei, Xuening Cao, Min Wang, Jialve Sun, Zhanchun Zuo, Changhui Li, Xiulai Xu, Bei-Bei Li*, “High-sensitivity air-coupled megahertz-frequency ultrasound detection using on-chip microcavities,” Phys. Rev. Appl. 18(3), 034035 (2022).
8. Bei-Bei Li*, Ling-Feng Ou, Yuechen Lei, and Yong-Chun Liu*, “Cavity optomechanical sensing,” Nanophotonics 10(11), 2799 (2021).
9. Bei-Bei Li, George Brawley, Hamish Greenall, Stefan Forstner, Eoin Sheridan, Halina Rubinsztein-Dunlop, Warwick P. Bowen*, “Ultra-broadband and sensitive cavity optomechanical magnetometry”, Photonics Res. 8(7), 1064 (2020).
10. Bei-Bei Li#, Jan Bilek#, Ulrich Hoff, Lars Madsen, Stefan Forstner, Varun Prakash, Clemens Schäfermeier, Tobias Gehring, Warwick P. Bowen*, and Ulrik L. Andersen, “Quantum enhanced optomechanical magnetometry,” Optica 5(7) 850-857 (2018).
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