《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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Optical microresonators: Stabilization over time

Jin Kang Lim, Wei Liang, Anatoliy A. Savchenkov, Andrey B. Matsko, Lute Maleki, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 1 (2019)

Published online 3 January 2019

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文章概要:微型光学谐振器:随着时间的推移越来越稳定

      来自美国加州的研究人员提高了微型光学谐振器的热稳定性,使其可用于高精度定时和全球导航技术。超高质量的回音壁式微型光学谐振器可通过引导来自谐振器周围的两个不同偏振激光器的光来工作,该谐振器经过精心设计可具有特定的谐振频率。然而,微谐振器对温度变化极为敏感,随时间变化的激光诱导加热,热扩散和热膨胀对性能会产生不利影响。美国加利福尼亚大学的Jinkang Lim和Chee Wei Wong等人证明,通过将激光器的双模拍频锁定到射频时钟可以抑制热噪声和频率漂移,从而提高光学微谐振器的长期热稳定性。该全新解决方案可以保证在太空中稳定地使用微谐振器。

Plasmonic-like electromagnetic field structures can exist in free space

Guanghui Yuan, Edward T. F. Rogers, Nikolay l. Zheludev.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 2 (2019)

Published online 3 January 2019

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文章概要:类等离激元的电磁场结构可存在于自由空间中

      一种基于超材料的新技术可以为微纳光学应用产生定制光场。在等离激元中,通过金属中光和自由电子的耦合可以产生高度结构化的电磁状态。这使得研究人员能够在诸如光伏等应用中俘获光,并将其用于光学器件的小型化。此前,研究人员已经在金属纳米结构表面附近产生了等离激元场,而现在,来自新加坡南洋理工大学和英国南安普顿大学的Guanghui Yuan和Nikolay Zheludev证明了可以通过多波干涉形成“超振荡”聚焦热点在自由空间中产生类似的场结构。该团队开发了一种新形式的干涉测量法,可以在比光波长短几个数量级的分辨率下绘制光场特征。他们表明,超振荡热点附近的电磁场与那些等离激元纳米结构产生的电磁场具有相似的特征。

Bioimaging: Low-cost lasers at discrete modulation frequencies get the blood flowing

Stephan Kellnberger, Dominik Soliman, George J. Tserevelakis, Markus Seeger, Hong Yang, and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 109 (2018)

Published online  19 December 2018

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文章概要:生物成像:利用离散调制频率的低成本激光器获取血液流动状态

         将连续(CW)激光器用于光声成像可以帮助研究人员捕获活组织内的血流和微结构。此前,通过用短脉冲激光刺激动物或人类试验者体内深处的超声波发射,光声显微镜可无创地产生细胞结构的3D图像。慕尼黑理工大学和德国慕尼黑亥姆霍兹中心的Vasilis Ntziachristos等人指出,现在可使用更便宜的激光器获得高保真光声图像,这些激光器具有以离散频率调制的光强度。使用多个离散频率对于产生高保真图像至关重要。作者通过叠加仅出现在特定频率的结构细节,展示了鱼和小鼠组织微脉管系统结构的细节成像。由于光声多普勒效应引起的频移的跟踪,进一步使得识别组织微脉管系统中的血流速度成为可能。

Photonics: Controlling waves on a surface

Yannick Augenstein, Andreas Vetter, Babak Vosoughi Lahijani, Hans Peter Herzig, Carsten Rockstuhl and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 104 (2018)

Published online  12 December 2018

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文章概要:光子学:控制表面光波

       限制在光子晶体和普通材料界面处行进的光波(称为布洛赫表面波(BSW)),可以通过附加表面层的图案在光路中聚焦和控制。控制BSW对于信息传输,采集和处理中的许多应用来说是至关重要的,但也是重要难题。基于传统理性设计的传统方法效果有限,因此瑞士和德国的研究人员现在使用计算光子材料设计的现代方法来操纵BSW。通过适当设计的图案,他们可以将BSW的聚焦于衍射极限,甚至在特定条件下可能突破衍射极限。这种聚焦BSW的能力为新型“芯片实验室”化学传感器件提供了大量的即时应用。

 

Imaging: Detecting parasites with holograms and AI

Yibo Zhang, Hatice Ceylan Koydemir, Michelle M. Shimogawa, Sener Yalcin, Alexander Guziak, and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 108 (2018)

Published online  12 December 2018

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文章概要:成像:用全息图和AI检测寄生虫

        科学家开发出一种具有成本效益且便携的技术,该技术使用三维全息图检测人体体液中的寄生虫,为诊断疾病提供了更灵敏的技术,且无需化学标记。寄生虫感染是一个重大的全球健康问题,影响着全世界数十亿人,并可能导致严重的疾病和死亡。然而,一些目前的筛选技术需要使用手动显微镜检查,难以提供早期诊断所需的灵敏度。现在,来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Aydogan Ozcan及其同事已开发出一种低成本的便携式光学设备,该设备使用无透镜时间分辨全息散斑成像结合人工智能自动检测体液中的稀有寄生虫。该装置可以对寄生虫感染引起的疾病进行快速和早期诊断,并可用于发展中国家。

 

Rapid changes in cell shape reveal its electrical activity

Tong Ling, Kevin C. Boyle, Georges Goetz, Peng Zhou, Yi Quan,and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 107 (2018)

Published online  12 December 2018

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文章概要:细胞形状的快速变化揭示了其电活动

        用于测量神经元和其他细胞电活动的非侵入性技术是通过观察细胞如何响应其电势变化而变形来实现的。用于分析细胞电活动的现有方法是侵入性的并且可能影响天然细胞特性。现在,来自美国斯坦福大学的研究人员展示了一种方法,该方法使用定量相位显微镜监测电刺激期间细胞形状的变化 – “动作电位”。当负电荷细胞内部由于刺激而去极化时,发生动作电位,引发细胞膜的快速电压变化。研究团队证明,细胞会响应这些相对较大的(0.1 V)电压变化而发生变形,从而准确揭示动作电位何时发生。他们的技术可以促进神经网络和其他细胞活动的非侵入性分析。

Controllable chromophores for multicolored light emission

S. Lane, S. Vagin, H. Wang, W. R. Heinz, W. Morrish and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 101 (2018)
Published online 05 December 2018

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文章概要:用于多色光辐射的可控发色团

        能够在可见光谱中以及更远处的多个波长上发出荧光和激光的分子可应用于传感器和生物标记物以及全息投影仪。有机分子发色团决定了哪些频率的光被吸收和发射,从而定义了分子的颜色。加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的Alkiviathes Meldrum和同事们设计了一种发色团,根据所放置的化学物质的不同发出不同颜色的光。研究小组谨慎操纵发色团的基本结构,以确保其可溶性和宽发射带。在一种溶剂中,发色团发出红光,而在另一种溶剂中,荧光是深蓝色。其他化学物质产生许多其他颜色,它们均来自单个发色团。这项设计可能会使新型的可调谐激光器问世。

Zapping neurons to life with infrared light

Wieteke D. A. M. de Boer, Jan J. Hirtz, Antonio Capretti, Tom Gregorkiewicz, Mercè Izquierdo-Serra and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 100 (2018)

Published online  05 December 2018

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文章概要:用红外光将神经元传递给生命

        通过使用近红外激光束刺激被精确束缚于脑细胞中的纳米金粒子,可以产生神经元脉冲。美国哥伦比亚大学神经技术中心的Wieteke de Boer和Jan Hirtz等人开发了该项技术,可提供一种无毒,非遗传的激活脑细胞的光学替代方法。研究人员在活体小鼠脑组织中进行了测试,并用它来诱导一种名为水螅的小型淡水动物的运动。研究人员证明,通过纳米粒子对光的非线性吸收来靶向刺激神经元是可行的。通过使用低功率短脉冲近红外激发,可以最大限度地减少组织的光损伤。该方法在生物系统中具有光明的应用前景,对未来神经和精神障碍的治疗具有很大的帮助。

Electroluminescence: Self-healing electroluminescent devices

Guojin Liang, Zhuoxin Liu, Funian Mo, Zijie Tang, Hongfei Li and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 102 (2018)
Published online 05 December 2018

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文章概要:电致发光:自修复电致发光器件

       受到生物系统自修复能力的启发,科学家们开发出一种电致发光(EL)装置,可在损坏后自修复,为一系列新应用铺平了道路。尽管EL器件广泛用于各种电子应用,包括用于控制面板,数字显示器和可穿戴电子设备的背向发光,但它们容易损坏,这限制了它们的工作寿命和可靠性,也限制了它们的应用。现在,来自香港城市大学的Chunyi Zhi及其同事通过使用改进的可自修复的聚丙烯酸水凝胶作为电极,以及可自密封的聚氨酯作为荧光粉主体,开发出第一种自修复EL器件。即使在经历了数十次灾难性损坏之后,该装置的物理化学性质也可以恢复并可以用于新的应用,如可修复水凝胶和介电聚合物。

Nanoantennas: Concentrated infrared light source for molecular analysis

Marco P. Fischer, Aaron Riede, Kevin Gallacher, Jacopo Frigerio, Giovanni Pellegrini and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 106 (2018)

Published online  12 December 2018

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文章概要:纳米天线:用于分子分析的集中红外光源

        在中红外频率范围内共振的纳米天线显示出分析分子光学器件的前景。中红外频率光可用于检测分子振动,从而能够在量子水平上对各个分子进行详细分析,这对医疗和环境应用非常有意义。此前用于集中这种光和驱动非线性过程的等离子体纳米天线在中红外波长下无效。现在,Daniele Brida及其同事利用在硅衬底上生长的高掺锗构建了等离子体纳米天线,当它被激光激发时,可以作为超快可调谐非线性光源。他们的纳米天线能够产生三次谐波–三倍频率(原始波长的三分之一)的光波 – 这可以增强中红外光和分子的相互作用。