《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Springer Nature(原自然出版集团)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     贾平    Stefan Kaierle     孙洪波     
Luc Thévenaz
EISSN:2047-7538    ISSN:2095-5545    CN 22-1404/O4

近期文章

更多>>

High-performance position-sensitive detector based on the lateral photoelectrical effect of two-dimensional materials 

Chang Hu, Xianjie Wang & Bo Song

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 88(2020)

Published online 20 May 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:二维材料的侧向光伏效应在位敏探测器中的应用

石墨烯,二硫化钼等二维材料因其具有高载流子迁移率,可调控能带结构和较大的光吸收率等优异的光电特性而成为了PSDs的热门研究材料。但是目前关于LPE物理机制的研究还不完善,如何利用二维材料的光电特性以及异质结的内建电场提高光生载流子的分离效率和传输速度是提高PSDs性能的关键问题。近期,来自哈尔滨工业大学宋波教授课题组对近几年基于二维材料侧向光伏效应的位敏探测器的原理和功能,以及二维材料在光电探测器领域的发展和挑战进行了详细的介绍和深入的讨论。光生载流子的分离效率以及扩散速度是影响PSD灵敏度,响应速度等性能的关键因素。利用石墨烯高载流子迁移率和SiO2/Si衬底长载流子寿命的特性,制备出的石墨烯/SiO2/Si结构的PSD具有超高的界面放大功能,能在不增加噪声信号的情况下将探测信号放大约104倍,大大提高了PSD的探测灵敏度。制备出的8×8 mm大尺寸的PSD原型器件不需要外加电源就可以准确探测出平面内激光照射位置的移动轨迹,这种自驱动型PSD在实际应用中有重要意义。除了用于位置探测外,还可以用来测量角度变化,记录振动频率,跟踪高速运动物体的轨迹等。这种基于PSD的角度测量方法不需要复杂的光学设备,在不降低测量精度的情况下操作也更简单。PSD通过探测照射到声源上的反射光信号可以感知声源在发声振动时位置的微小变化,这种变化可以被示波器记录下来,从而实现声音的存储。这种测量方法具有较高的空间分辨率,可以精确的复制轨迹,甚至可以用来记录机械的抖动,在工业生产中具有很好的应用前景。

Strategies to approach high performance in Cr3+-doped phosphors for high-power NIR-LED light sources

Zhenwei Jia, Chenxu Yuan, Yongfu Liu, Xiao-Jun Wang, Peng Sun, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 86(2020)

Published online 15 May 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:宽带近红外LED光源用荧光材料性能优化策略

近日,中科院宁波材料技术与工程研究所刘永福副研究员等人通过烧结助剂和CO还原气氛的相结合的方法,将CSSG:Cr3+发光内量子效率从12.8%提升至77.8%。助熔剂提高了原料的反应活性,降低了样品中杂相的含量,提升了样品的相纯度和结晶度,减少了缺陷中心。还原气氛有效保证了Cr的+3价态,阻止了Cr4+的氧化。优化后的样品热稳定性也明显增强。在150 ℃时,发光强度还可以维持在97.4%。这使得其更加适合功率型LED应用。将优化后的最佳样品与蓝光芯片结合制成NIR-LED器件,在520 mA电流驱动下,可以实现76.8 mW的近红外辐射。利用制作好的NIR-LED器件,作者在夜视方面进行了测试,在只以NIR-LED为光源照射下,用近红外相机拍摄的照片,可以很清楚地看到水杯上的logo,说明本工作中制作的NIR pc-LED具有很高的近红外辐射。这为如何通过提高结晶度、控制形貌和保持发光离子价态,得到高品质Cr3+激活宽带近红外荧光材料提供了普适性的策略,促进了下一代智能近红外光源的发展。

Micro-light-emitting diodes with quantum dots in display technology

Zhaojun Liu, Chun-Ho Lin, Byung-Ryool Hyun, Hao-Chung Kuo, Jr-Hau He, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 83(2020)

Published online 11 May 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:Micro-LED与量子点显示技术

低成本高效率的新型Micro-LED显示技术是下一代超高清显示与全彩色柔性显示的最佳实现途径。在过去的近20年中Micro-LED技术从出现到爆发,取得了诸多令人瞩目的研究成果,但在其材料生长、器件设计与制备、封装与驱动等环节仍存在不少科学技术问题需要解决。量子点作为一种新兴的发光材料备受关注,并被作为实现全彩色化Micro-LED显示的一条重要途径。在此过程中量子点材料的光吸收与发射波长、转换效率、与Micro-LED的集成方式、稳定性与寿命等均为学术界和产业界关注的问题。近日,南方科技大学刘召军博士、台湾交通大学郭浩中博士、香港城市大学何志浩博士等合作系统全面的讨论了Micro-LED技术的发展中出现的重要突破性进展与重要科学技术问题,从外延生长与器件制备、巨量转移、单片式集成、量子点色转换、大面积显示等五个方面进行了深入讨论。同时该文还展望了Micro-LED与量子点技术在新型微显示器件、AR/VR、可见光通讯等领域的应用前景以及面临的挑战。

Phase imaging with an untrained neural network

Fei Wang, Yaoming Bian, Wolfgang Osten, George Barbastathis Guohai Situ, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 77(2020)

Published online 06 May 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:物理模型与深度神经网络相结合的智能光学成像

近日,中国科学院上海光学精密机械研究所和德国斯图加特大学、美国麻省理工学院合作提出一种将神经网络和物理模型相结合的新型计算光学成像方法,无需样本数据训练神经网络,可从单张衍射强度图中恢复物体相位信息。本文将实测的衍射强度图作为随机初始化的神经网络(未训练)的输入,将网络输出结果作为物体相位分布的估计,并计算估计的相位经空间自由传播后得到估计的衍射强度图,通过调整神经网络中的连接权重以最小化实测和估计的衍射强度图之间的误差。随着迭代的进行,衍射图之间的误差逐渐减小,网络输出的结果也逐渐接近物体的真实相位信息。所提方法是基于物理模型的优化算法与神经网络的结合的物理增强深度神经网络(Physics-enhanced deep neural network,PhysenNet),将神经网络倾向于产生自然场景的特点作为一种隐式先验信息,实现病态逆问题的求解。相比传统使用物理模型的优化算法,PhysenNet无需将物体满足的先验信息在目标函数中通过设计合适的正则项的方式体现。相比使用神经网络的深度学习算法,PhysenNet无需大量样本数据训练网络且是一种具有普适性的方法。

Controlling Angular Dispersions in Optical Metasurfaces

Xiyue Zhang, Qi Li, Feifei Liu, Meng Qiu, Lei Zhou, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 76(2020)

Published online 06 May 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:角度色散:超构表面调控电磁波的新自由度

超构表面,这类由平面型人工原子按特定宏观排列方式构建而成的准二维材料,因其对电磁波的强大调控能力,实现了诸多奇异电磁波(光)操控现象和性能卓越的平面光学器件,引起了学界和工业界的广泛关注。然而,超构表面的角度色散,即体系电磁响应强烈依赖于入射角度,这一基本特性往往被忽略。因此,如何理解超构表面中角度色散的物理根源,实现对角度色散的自由调控以满足不同应用场景的需求,已成为制约超构表面发展的重要瓶颈之一。复旦大学周磊教授团队结合理论和实验,建立了一套完整的理论体系,揭示了超构表面的角度色散是由构成超构表面体系的人工原子的远场辐射特性和人工原子间的耦合作用共同决定的,并进一步提出了通过有效控制超构表面的角度色散,设计满足不同应用需求的入射角度依赖或不依赖的功能性器件的新方法。该研究成果为超构表面调控电磁波打开了“入射角度”这一全新的调控自由度,极大拓展了其对电磁波的调控能力,为实现多功能集成器件打开了新的思路。

Ultrafast Optical Response and Ablation Mechanisms of Molybdenum Disulfide under Intense Femtosecond Laser Irradiation

Changji Pan, Lan Jiang, Jingya Sun, Qingsong Wang, Tianhong Cui, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 80(2020)

Published online 06 May 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:飞秒激光加工的电子动态模拟与观测——面向过渡金属硫化物应用研究

近日,北京理工大学姜澜教授的研究团队与美国明尼苏达大学崔天宏教授合作,通过超快泵浦探测观测技术和理论建模,首次实现了飞秒激光加工二硫化钼中的电子动态过程的理论模拟和直接观测,描述了在强飞秒激光辐照之下二硫化钼的电子动态(电子密度、电子温度等)演化规律,把飞秒激光加工机理分析推向电子层面。揭示了二硫化钼在低通量下材料气化去除和高通量下材料高温液相分解两种烧蚀机制,并通过调节飞秒激光参数实现材料相变机制的调控。为了模拟超快激光与二硫化钼相互作用,该研究建立了飞秒激光加工二硫化钼的理论模型,考虑了飞秒激光诱导的自由电子激发(光致电离过程)、自由电子加热、自由电子-价带电子之间的碰撞(碰撞电离),电子-晶格碰撞以及自由电子复合过程。通过理论模型计算,模拟了飞秒激光辐照期间材料的电子密度和电子温度的演化,探究了飞秒激光辐照之后高能量电子系统与晶格系统的能量传输过程及晶格温度演化,揭示了材料的瞬时反射率等光学性质。基于飞秒泵浦探测技术实验观测结果,以及理论模拟的电子动态、电子-晶格耦合过程,揭示了产生两种表面结构的机理,即高能量辐照下高温液相的产生和低能量辐照下材料气化去除。本文通过理论建模和飞秒激光泵浦探测技术对强飞秒激光脉冲辐照二硫化钼的超快电子动态过程进行研究,揭示了飞秒激光烧蚀二硫化钼两种材料去除机制,实现了通过调节激光参数对材料电子动态、电子-晶格耦合的有效调控,对进一步实现将制造推进电子层面具有促进作用。

Kirigami/origami: unfolding the new regime of advanced 3D microfabrication /nanofabrication with “folding”

Shanshan Chen, Jianfeng Chen, Xiangdong Zhang, Zhi-Yuan Li & Jiafang Li 

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 75(2020)

Published online 30 April 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:二维平面材料与结构的三维剪纸与折纸形变技术及应用

近期,北京理工大学李家方教授与华南理工大学李志远教授团队合作,对近年来新兴的三维剪纸与折纸制造技术的原理与方法,对二维平面材料与结构如何利用剪纸与折纸方法在微纳尺度三维形变的实现、应用、挑战和发展趋势,进行了全面的介绍和深入的讨论。近年来,三维剪纸和折纸技术以其独特的制造方式在力学、微电子、声学、光学等领域得到了广泛的重视,其最大的特点是材料本身的质量在三维重构过程中几乎不发生改变,既非“增材”也不“减材”,通过几何变换的方式即可使结构所占空间发生几个数量级的变化,蕴涵着深邃的科学变换思想。特别是2010年以来,纳米科技的发展使得剪纸与折纸技术在微纳尺度逐渐发展,它无须平面堆栈工艺所要求的精准拼接,就能将二维材料或结构直接变换为三维立体形态,所实现的结构在连续性、复杂性、几何演化、动态调谐等方面独具特色,为新奇物性的探索和应用构建了一类新的平台。新兴的剪纸与折纸技术为进一步开发、挖掘和重塑现有材料的力、热、电、磁、光、声等特性提供了一种简单而有效的手段,有望解决微纳器件领域的诸多难题。首先,它以“自动化”的方式完成二维到三维的形态变换,将大大降低一些复杂三维微纳结构的制造难度;其次,剪纸/折纸技术支持一些前所未见的三维几何连续变换,极大地丰富了微小物体结构的复杂性和多样性,为新物性的探索和应用提供了新的平台,例如石墨烯折叠技术可实现双层石墨烯任意角度的旋转,有助于研究其带来的超导等新奇物性;第三,微纳尺度剪纸/折纸形变具备高度的可重构性,将在可重构纳米光学器件、微生物机械、微纳机电系统等领域发挥重要作用。

High-speed femtosecond laser plasmonic lithography and reduction of graphene oxide for anisotropic photoresponse

Tingting Zou, Bo Zhao, Wei Xin, Ye Wang, Chunlei Guo, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 69(2020)

Published online 26 April 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:飞秒激光对石墨烯材料的高效微纳加工与应用

飞秒激光加工效率的提升一直是该技术长期以来面临的主要问题之一,并且成为限制其实用化的主要障碍。近日中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(长春光机所)、山西长治学院和美国罗切斯特大学合作提出了一种新型的应对方式——飞秒激光等离子体光刻技术(FPL)。通过均匀化入射激光通量的宽视场照射以及调控激光与物质耦合强度和瞬时局部自由电子密度分布等,合作者们在百纳米厚的硅基氧化石墨烯(GO)薄膜表面实现了高质量微纳周期结构的快速制备。由于加工过程伴随着的光热和光化学过程,使得结构化的GO被还原。加工后的石墨烯材料既保留了原有的宽光谱吸收和优异导电等性能,同时也表现出了因微纳结构所导致的光吸收和热辐射增强以及平面内光学各向异性等特点。作为展示,所得材料被用在了微纳光电响应器件上。该研究团队已经在FPL前期的实用性方面开展了大量的研究工作,相关技术的灵活操控方面也已取得了进步。相信随着该技术发展的不断成熟,飞秒激光最终可以实现“鱼”(加工精度)和“熊掌”(加工效率)的兼得。

First observation of tropospheric nitrogen dioxide from the Environmental Trace Gases Monitoring Instrument onboard the GaoFen-5 satellite

Chengxin Zhang, Cheng Liu, Ka Lok Chan, Qihou Hu, Haoran Liu, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 66(2020)

Published online 20 April 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:卫星高光谱“看见”大气污染

近日,中国科大的刘诚教授领导的大气环境遥感团队利用我国首个用于大气污染成分监测的甚高光谱卫星高分五号的大气散射光谱测量,突破了光谱和仪器定标不足的限制,通过在光学遥感上的一系列技术创新,最终实现了全球大气中的二氧化氮浓度定量监测。研究团队通过对光谱的辐射和波长值进行重定标,并针对仪器和光谱特定对NO2反演算法做了适应性的优化更新,包括反演波段移动、参考谱优化、饱和光谱过滤等设置。在原始光谱有所欠缺的情况下仍然实现了全球大气NO2浓度的反演。其观测结果与国际最新同类载荷TROPOMI的结果以及地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)观测结果都具有较高的一致性,其相关系数(R)为0.8–0.9。该项研究为我国的甚高光谱卫星遥感技术的进一步发展奠定了坚实基础,后续卫星遥感数据产品可以在大气环境领域得到广泛应用,可为大气环境突发事件监测与污染预警、重点污染源精准定位、大气污染区域传输影响评估以及污染防治措施效果评估等大气环境研究和实际环保工作中突出问题多的解决提供具有我国自主知识产权的实测数据支持。

High-efficiency second-order nonlinear processes in an optical microfibre assisted by few-layer GaSe

Biqiang Jiang, Zhen Hao, Yafei Ji, Yueguo Hou, Jianlin Zhao, and et al

Citation: Light: Science & Applications 9, Article number: 63(2020)

Published online 17 April 2020

Abstract | Full Text | PDF

文章概要:全光纤的波长转换器

近日,西北工业大学赵建林教授研究团队提出了一种二维材料辅助的全光纤波长转换方案,利用该方案制备的波长转换器,仅需百微瓦量级光功率(远小于一支普通激光笔的输出光功率)即可将近红外光稳定地转换为可见光。在这项工作中,研究团队另辟蹊径,并未对石英光纤进行复杂改性工艺处理,而是在一段直径为微米量级的光纤上裹覆二维层状材料硒化镓,利用微光纤导波模式的强烈倏逝波与硒化镓二维材料相耦合,借助硒化镓的强烈二阶非线性效应(非线性系数比传统二阶非线性光学介质高2个数量级),辅助实现了低功率要求的非线性光波长转换。得益于集成硒化镓的强二阶非线性与全光纤结构高效的信号收集效率,通过检测材料集成前后脉冲光泵浦的倍频光信号显示,波长转换的效率提高了4个数量级,为低功率连续激光泵浦实现高效二阶非线性过程提供了新的可能。在全光纤中实现光波长的高效转换,可为光纤激光器等拓展新波段光源,并且兼容现有庞大成熟的光纤通信和传感系统,在全光纤的信号处理与感知领域具有非常广泛的应用前景。