《Light: Science & Applications》是由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所与英国自然出版集团(NPG)合作出版的全英文开放获取(OA)国际学术期刊。该刊于2012年3月29日创刊,2013年10月先后被国际著名检索系统SCI (Science Citation Index Expanded)及全球最大文摘引文数据库Scopus收录,该刊是NPG集团在中国出版的第一本OA物理类期刊,致力于推动全球范围内的光学研究,刊载光学领域基础、应用基础以及工程技术研究及应用方面的高水平的最新研究成果,包括小尺度光学、特种光学、光学材料及处理、光学元件制备、光学数据传输、光学测量、光学在生命科学及环境科学等领域的应用等方面的高质量、高影响力的原创性学术论文和综述文章。

主编:曹健林
执行主编:崔天宏     Stefan Kaierle
EISSN:2047-7538    ISSN:2095-5545    CN 22-1404/O4

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Microscopy: AI brings color to quantitative phase images of pathology samples

Yair Rivenson, Tairan Liu, Zhensong Wei, Yibo Zhang, Kevin de Haan and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 23(2019)

Published online 06 February 2019

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文章概要:显微镜:人工智能为病理样本的定量相位图像带来颜色

将定量相位显微镜技术与经过训练的神经网络相结合,可以避免使用化学染色剂来可视化生物组织样本的成分。定量相位显微镜可通过分析光波与样品不同区域相互作用时的相位变化来揭示无标记样本的特征。美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Aydogan Ozcan和Yair Rivenson等人训练了一种神经网络,将人体皮肤、肾脏和肝脏的相位显微镜图像转换成与病理学中所使用的常规组织学染色技术获得的图像相匹配的图像。这种被作者称之为相位染色(PhaseStain)的虚拟染色方法可为生物学和医学组织样品提供更简单,更快速且成本更低的高质量分析。

Plasmonic devices: Better control with in-plane light

Liyong Jiang, Tingting Yin, Alexander M. Dubrovkin, Zhaogang Dong, Yuntian Chen and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 21(2019)

Published online 06 February 2019

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文章概要:等离激元装置:使用表面内光进行更好的控制

中国和新加坡的研究人员表示,沿着金属表面照射光束可以为光学器件提供前所未有的等离激元控制。局域表面等离激元共振(LSPR)是传导电子和光子耦合的振荡,它可以作为纳米级光学传感器甚至计算机的信息载体。大多数控制LSPR的尝试都是使用与表面成直角入射的“平面外”光;然而,以低角度穿过表面的 “平面内”光也有希望控制LSPR。来自南京理工大学的蒋立勇等人展示了金纳米盘上LSPR面内照射的两种新方法。他们不仅可以通过调整入射光将LSPR切换到不同的状态,还可以将逻辑数据编码到纳米磁盘链上,而这是平面外光照明无法实现的。

Quantum communication: Security despite noise

Ruoyang Qi, Zhen Sun, Zaisheng Lin, Penghao Niu, Wentao Hao, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 22(2019)

Published online 06 February 2019

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文章概要:量子通信:虽有噪音但安全

中国研究人员所展示的量子通信系统可以在现实嘈杂的环境中安全地传输信息。新兴的超级计算机和量子计算机可能很快会打破我们保护信息的经典加密方法,这反过来也突出了对基于量子力学的新加密技术的需求。来自北京清华大学的龙桂鲁等人展示了一种量子安全直接通信(QSDC),它可以直接传输信息而无需分发易受攻击的密钥。该团队使用激光产生光子,这些光子可以在1.5公里距离内传输安全的量子信息,如文本信息和图像文件等。即使是在会引起高光子损失或噪声引入误差的情况下,接收器也可成功解码信息。

LEDs: Painting the town red

Yi Wei, Gongcheng Xing, Kang Liu, Guogang Li, Peipei Dang, and et.al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 15(2019)

Published online 30 January 2019

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文章概要:LED:让城镇焕发红光

通过调整磷光物质中激活离子的电子结构,可以得到一种新的磷光物质,使白色发光二极管具有更自然的微红色。来自中国科学院长春应用化学研究所的Jun Lin等人将锗、镧和铋的氧化物结合在一起,制造出了一种略带红色的磷光物质。当把这种物质添加到LED芯片上的蓝光和绿光荧光粉中时,这种物质会发出与传统荧光粉转换型白光LED相比更自然的光。作为一种节能光源,LED不断被改进,但它们发出的光总是呈现出不自然的白色或蓝色。制造高质量的红光荧光粉来改变这一现状一直是个挑战。研究人员已开发出一种独特的微红色光致发光物质,其发光现象是由铋离子周围的电子引起的。该方法为探索无机材料的冷发光提供了新的视角。

Hybridized optoacoustic ultrasound computed tomography

Elena Merčep, Joaquín L. Herraiz, Xosé Luís Deán-Ben & Daniel Razansky 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 18(2019)

Published online 30 January 2019

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文章概要:光声超声混合计算机层析成像

一种三合一的成像平台结合了每种成像技术的优点,能为小动物提供全身层析成像。该平台由瑞士苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院的Daniel Razansky及其德国和西班牙的合作者共同开发,是光声层析成像与反射/透射模式超声波扫描的结合体。通过向组织发射超声脉冲和激光脉冲,该平台可以构建横截面断层图像,揭示器官功能、组织血管化、反射率、硬度和密度的细节。这个混合组合的附加价值体现在:用一种模式检索的图像还可用于提高其他两种模式的重建质量。因此,该平台可用于探测和量化在健康和疾病中组织的多种解剖特性、功能特性和分子特性。

Nanoscale lasers with dual wavelengths

Laura Sánchez-García, Mariola O. Ramírez, Rosa Maria Solé, Joan J. Carvajal, Francesc Díaz, and et.al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 14(2019)

Published online 30 January 2019

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文章概要:具有双波长的纳米级激光器

通过在掺杂镱的磷酸钛氧铷(RTP)晶体中加入无序的银纳米粒子网络,可以简单而经济地实现双波长纳米激光器。来自马德里自治大学的路易莎·鲍萨(Luisa Bausa)等人发现,该系统可以在近红外光范围内同时生成波长为1075纳米和1052纳米的激光。发生这种情况是因为银纳米粒子的无序网络既提高了镱离子的激发速率,又增强了RTP晶体的振动模式。该研究小组还发现,所发射的波长可以自混合,在可见的绿色光谱区域内产生多波长辐射。研究结果表明,该系统在多路复用、精密光谱学和生成用于医学成像的太赫兹辐射波等方面具有潜在的应用前景。

Device offers significant laser beam control

Shumei Chen, King Fai Li, Guixin Li, Kok Wai Cheah & Shuang Zhang 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 17(2019)

Published online 30 January 2019

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文章概要:对激光束进行显著控制的装置

通过改变施加在电极之间的一个有机聚合物装置上的电压,激光束的特性可以得到强有力的控制。非线性材料常用于改变激光束的特性,如频率。但是,在使用光学晶体等传统非线性材料时,控制激光束的特性变化是一个挑战。来自英国伯明翰大学的Shuang Zhang,中国南方科技大学的Guixin Li等人制作了一种由100纳米厚的有机聚合物PDF薄膜夹在50纳米厚的铟锡氧化物层和100纳米厚的铝层之间所形成的装置。当入射光束沿45°角方向落在此装置上时,通过改变施加在外电极上的电压,可以控制在二次谐波频率下的输出激光束的频率。该研究成果可能对电光调制器未来的发展具有启示意义。

Thin liquid films: Seeing bubbles in a better light

Biagio Mandracchia, Zhe Wang, Vincenzo Ferraro, Massimiliano Maria Villone, Ernesto Di Maio, and et.al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 20(2019)

Published online 30 January 2019

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文章概要:薄液膜:在较好的光线下看到气泡

一种对气泡中的复杂流体动力学进行成像的方法可以极大地帮助人们了解和实现薄液膜在医学、工业化学和工程学等领域中的应用。薄液膜在自然界中无处不在,存在于肥皂泡、生物细胞膜、洗涤剂、油、绝缘材料、食物和地质岩浆等各种系统中。来自意大利那不勒斯应用科学与智能系统研究所的比亚吉奥·曼德拉基亚(Biagio Mandracchia)等人发明了一种新型的全息相位成像技术,可以用于观察气泡的形成、发展、破裂和收缩过程。研究人员制作了特制的装置来生成及控制这些气泡。他们以前所未有的详细程度揭示了薄膜行为,让人们能够更深入地了解薄膜行为背后的物理原理。他们对气泡内复杂流体动力学的深刻见解,将推动薄膜技术在很多领域中的应用。

Metasurfaces: efficient terahertz control

Min Jia, Zhuo Wang, Heting Li, Xinke Wang, Weijie Luo, and et.al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 16(2019)

Published online 30 January 2019

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文章概要:超表面:高效的太赫兹控制

中国科学家已经证实:超薄的表面可以有效地操纵圆偏振太赫兹波的透射(而非反射)。该超表面装置由来自复旦大学和首都师范大学的Min Jia等人制作。这种三层结构的装置工作频率约为0.6 THz,适合未来在太赫兹光子芯片上应用。研究人员对多种设计进行了测试,得到了圆偏振太赫兹贝塞尔光束发生器和光子自旋霍尔效应装置。该超表面由一系列周期性超原子阵列组成,每个超原子由三层U形的金属薄层组成,这些金属层被聚酰亚胺隔开并包围。通过改变超原子的角度方向,可以将不同的相位梯度编程到超表面,从而实现所需的功能。

Optical Coherence Tomography: Longer wavelengths improve imaging in depth

Niels M. Israelsen, Christian R. Petersen, Ajanta Barh, Deepak Jain, Mikkel Jensen, and et.al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 11(2019)

Published online 23 January 2019

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文章概要:光学相干层析成像:较长的波长可以改善深度成像

在光学相干层析成像(OCT)中使用波长较长的光,可以在高散射材料中实现更深的穿透,从而使OCT可能在无损检测和增强型非侵入性生物医学成像中得到应用。OCT图像所依据的是将被测物体的反射光与未遇到该物体的参考光相结合之后生成的干涉模式。目前OCT最常见的用途是检查眼睛的视网膜。来自丹麦技术大学的研究人员等克服了使用中红外光获取图像的若干技术挑战,以揭示传统短波近红外光不可见的微观结构。该团队将宽带超连续光和频率转换相结合,实现了高分辨率实时图像采集。OCT的前景用途包括在缺陷检测和厚度测量方面取得的进展。