《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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Light manipulation: driving new quantum states on the edge

Z. Fedorova (Cherpakova), C. Jörg, C. Dauer, F. Letscher, M. Fleischhauer, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 63(2019)

Published online 10 July 2019

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文章概要:光操纵:在边缘驱动新的量子态

德国研究人员表明,对某些绝缘体边缘的量子态施加周期性变化可能会破坏其绝缘性。拓扑绝缘体作为体材料时不导电,但是其表面则具有导电“边缘态”,可以无视缺陷存在而仍然呈导电性质。来自波恩大学和凯泽斯劳滕大学的研究人员进行了模拟,在拓扑边缘态施加周期性驱动力。在一定的驱动频率间隙,可观察到边缘态的填充率和特征发生了显著变化,这只能解释为边缘态和体材料态之间的混合态。他们的理论发现得到了波导实验的证实,这表明对量子系统施加特定的周期性驱动可能会导致奇特的“设计”特性,而这些特性在平衡状态下是不存在的。

Semiconductor physics: Giant nonlinearity

Nguyen H. Le, Grigory V. Lanskii, Gabriel Aeppli & Benedict N. Murdin 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 64(2019)

Published online 10 July 2019

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文章概要:半导体物理学:巨大的非线性

在本文中,来自英国、瑞士和俄罗斯的科学家通过理论分析预测,表明轻掺杂半导体可以为太赫兹辐射的高效三次谐波产生(THG)提供途径。Nguyen Le和他的同事计算出类氢掺杂的硅和锗在太赫兹波段具有巨大的非线性磁化率。这一发现有望为太赫兹区的有效非线性过程(如THG)打开大门。原则上,这意味着这些轻掺杂半导体可用于将2到4 THz量子级联激光器的发射频率提高三倍,从而弥补6-12THz太赫兹波段中的空白。目前,该太赫兹波段还没有低成本的小型光源,过往的研究人员不得不使用自由电子激光器和差频发生器代替。

Subwavelength imaging: Seeing smaller through cells

Yuchao Li, Xiaoshuai Liu & Baojun Li 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 61(2019)

Published online 03 July 2019

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文章概要:亚波长成像:通过细胞看到更小的物体

中国的研究人员展示了一种光学显微系统,该系统利用活细胞作为微小透镜来对亚波长的物体进行成像和操控。传统的光学显微镜和激光镊子可以用于观察和捕获尺寸为几百纳米的物体,但由于光学衍射极限的存在,很难将这些设备应用于尺寸小于波长一半的物体。来自暨南大学的李宇超及其同事证明,位于显微镜下方的细菌、酵母、红细胞或干细胞可以聚焦光线,能够用于分辨小于五分之一波长的纳米物体,例如:细胞内部的纤维骨架。该团队还利用细胞“生物放大镜”的聚焦光斑来捕获和操控半径仅为50纳米的微小粒子。

Optics: Metasurfaces take control in the quest to manipulate light

Xiang Wan, Qian Zhang, Tian Yi Chen, Lei Zhang, Wei Xu, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 60(2019)

Published online 03 July 2019

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文章概要:光学:探索超表面控制操纵光

科学家已经开发出一种可编程的超表面,能够控制光的空间和时间调制,这些光学元件很容易集成到其他设备中,从而为可调谐光学元件打开了大门。超表面是由金属或半导体制成的超薄材料,可以调节光波的振幅、相位和偏振。然而,目前大多数可用的超表面本质上是静态的,其光学性能在制造后就固定了。现在,来自东南大学的万向等人开发出了一种数字编码的可编程超表面,可以实时动态控制光。该数字编码可编程超表面由具有相反相位响应的亚波长级数字编码元件制成,能够多通道直接传输近场信息,可应用于多种领域,包括可穿戴设备、自动驾驶、传感、成像和显示技术。

Microscopy: a new angle on miniaturization

Tianbo Liu, Milind Rajadhyaksha & David L. Dickensheets 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 59(2019)

Published online 26 June 2019

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文章概要:显微镜:微型化

激光扫描显微镜可以利用微机电系统(MEMS)取代目前所需的较大组件进行小型化,以实现对实验动物和人体中的微小结构进行更有效的成像。来自蒙大拿州立大学的David Dickensheets等利用模拟和实验来研究人类面颊细胞,从而开发了这一新概念。研究过程中使用了最新开发的MEMS微镜来扫描和聚焦激光束。该微镜是反射折射镜头的一部分,这意味着可以利用光的反射和折射来构建其图像。使光在广角范围内聚集——即高数值孔径——从而生成图像。该系统可能会促进包括癌症在内的医疗诊断。

using superoscillations in light for uperresolution imagery

Gang Chen, Zhong-Quan Wen & Cheng-Wei Qiu 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 56(2019)

Published online 12 June 2019

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文章概要:利用光的超振荡进行超分辨成像

研究人员通过在光波中使用局部高振幅振荡来获得“超分辨率”图像。来自新加坡国立大学的仇成伟等人回顾了光学“超振荡”技术的发展,该技术旨在克服目前超分辨技术的局限性(主要局限性体现在:需要与被观测物体接触,需使用荧光标签或仅限于近场光学透镜)。超振荡是一种数学现象,可形成频率较大的局部频率。该现象可用于提高两个纳米级间距微小物体的分辨能力。该技术的近期发展显示了其在望远镜、显微镜和超高密度光学数据存储中的应用潜力。此外,改进超振荡透镜的设计,还可以有效聚焦更多入射光能。

Terahertz photonics: convenient characterization

Jihua Zhang, Mohamed ElKabbash, Ran Wei, Subhash C. Singh, Billy Lam, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 53(2019)

Published online 12 June 2019

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文章概要:太赫兹光子学:便捷实用的表征法

美国科学家发明了一种便捷实用的太赫兹(THZ)信号空间表征方法。该方法可用于光束分析、生物医学传感、缺陷检测和安全筛查等领域。来自罗切斯特大学的Jiapeng Zhao及其同事利用ZnTe晶体中的电光效应间接测量了太赫兹信号的空间轮廓,其分辨率为λ/15(62微米)、采样点为128×128、采样速度为千赫兹。该方法机理如下:当太赫兹信号与ZnTe晶体相互作用时,会引起双折射,从而改变了近红外探测光束的偏振。通过空间调制近红外探测光束,并通过单像素探测器测量其偏振旋转,则可确定太赫兹光束的空间分布。

A new class of plasmonic metasurfaces for enhanced light transmission

Jihua Zhang, Mohamed ElKabbash, Ran Wei, Subhash C. Singh, Billy Lam, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 59(2019)

Published online 12 June 2019

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文章概要:新型等离激元超表面可增强光传输

本文中,美国的研究人员报道了一种极具突破性的超薄材料(等离激元表面),其可见光传输效率得以大幅提高,从而增加了其在各种光学领域中的应用潜力。等离激元超表面是低于光波长量级的电荷振荡形成的。这可用于代替笨重的光学元件操纵光而,原子和分子级传感,光学计算和全息照相等应用。来自罗切斯特大学的郭春雷及其同事设计制造并演示了一种金属等离激元超表面的能力,其光传输效率超过40% - 是之前的四倍。这一研究进展克服了等离激元超表面的应用限制。

Optics: A pulsating development in infrared technologies

Yuzhe Xiao, Nicholas A. Charipar, Jad Salman, Alberto Piqué & Mikhail A. Kats 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 51(2019)

Published online 05 June 2019

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文章概要:光学:红外脉冲技术的发展

美国科学家在两种半导体材料的表面制造出了超快红外辐射脉冲,将促进光通信、光谱学和传感等新领域的应用。此前。在可见光和近红外波段内的快速光脉冲已经在多个领域得到应用,如电信和材料加工。然而事实证明,在中红外波段内产生脉冲具有一定的挑战性,因为现有的技术不仅需要通过复杂且昂贵的设备来实现,同时只能产生低功率脉冲且其可调谐性一般。在本文中。来自威斯康星大学麦迪逊分校和美国海军研究实验室的科学家们制造出了可高度调谐的超快中红外光脉冲。他们通过可见光来泵浦半导体硅和砷化镓,使其表面产生纳秒脉冲热发射。

Complex light: Crystals could give control

Weimin Ye, Yachao Liu, Jianlong Liu, Simon A. R. Horsley, Shuangchun, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 49(2019)

Published online 29 May 2019

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文章概要:复杂光:晶体可控

由可控和渐变半径的蜂巢状结构光学耦合棒组成的晶体可以作为研究光传输中贝利相位效应的系统。来自湖南大学的文双春和伯明翰大学的张霜带领的中国和英国研究人员进行的理论工作为此提供了证明。贝利连接和贝利曲率包含了外尔点(Weyl点)附近区域对波包产生的复杂影响。该现象涉及光子自旋霍尔效应,在特定光学应用领域可用于操控光束,因此受到格外关注。研究人员还讨论了在实践中实现本文理论工作所涉及的问题,从而为相关直接研究打开了影响。