《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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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。

Metasurfaces: Bigger and better ways to manipulate light

Thaibao Phan, David Sell, Evan W. Wang, Sage Doshay, Kofi Edee, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 48(2019)

Published online 29 May 2019

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文章概要:超表面:更大更好的操纵光的方法

本文提出了一种“超表面”(小于光波长的图案化表面)的新的设计和制造方法,可用于探索超表面更广泛的光学效应。超薄超表面的亚波长图案可操纵包括可见光在内的电磁波,从而用于诸多领域,如精密光学系统、传感应用和光学计算。在斯坦福大学的乔纳森·范的带领下,美国和法国的研究人员设计了一种新颖的三步工艺,以优化设计和制造,然后“缝合”小型的超表面从而制造出更大的结构。以前的超表面尺寸限制是由于设计表面需要的大量计算资源,本文的设计通过与优化拓扑相结合克服了这一问题。研究小组通过制造大面积的硅超表面证明了其程序的威力,其制造的超表面能以极高的效率聚焦光线。

Nonlinear optics: Keeping solitons warm and stable

Heng Zhou, Yong Geng, Wenwen Cui, Shu-Wei Huang, Qiang Zhou, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 50(2019)

Published online 29 May 2019

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文章概要:非线性光学:使光孤子保持温暖和稳定

来自美国和中国的研究人员发现,用激光仔细加热光孤子,可以防止其发生热分解。光孤子就好像空气中的烟环或水中的气泡,是孤立存在的光场,可以大幅提高激光测量和光谱分析的精度。然而,由于非线性热效应,其难以维持稳定的光孤子状态。来自电子科技大学(UESTC)的周恒和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Chee Wei Wong等人通过直接将“频率梳”光源作用于氮化硅光学微腔来产生光孤子。最关键的是,他们使用另一个激光器为系统加热并抑制非线性热效应,这使得有用的光孤子态之间能够平稳过渡,避免了混乱的中间态。

Satellite imaging: Mapping Earth’s auroras for space weather

Xiao-Xin Zhang, Bo Chen, Fei He, Ke-Fei Song, Ling-Ping He, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 47(2019)

Published online 22 May 2019

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文章概要:卫星成像:地球极光可视化空间天气

中国最近发射的“风云-3D”卫星上的成像系统可以揭示地球极光的精细特征,从而改善空间天气预报。当太阳风带电粒子沿地球磁力线沉降并与高层大气碰撞时,就会产生绚丽的极光。张效信、陈波及其团队开发了一种高分辨率成像仪,可以帮助研究人员通过极光的动态分布来预测地磁暴和亚暴。该成像仪使用两个摄像头从低地球轨道同时扫描极光区域,在轨测试表明,该设备的反射式光学系统和数据处理系统可以识别10千米级分辨率的极光边界和结构。

Near-infrared devices: Water-soluble probes use rare earths to brighten bioimaging

Jing-Xiang Zhang, Wai-Lun Chan, Chen Xie, Yan Zhou, Ho-Fai Chau, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 46(2019)

Published online 22 May 2019

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文章概要:增强生物成像近红外设备:水溶性探针用稀土使生物成像更亮

本文通过调整卟啉的天然环形化学结构,改善了光动力分子探针的生物兼容性,并可在低剂量下发出强光。最新研究表明,卟啉“触角”能将吸收的光能转移到金属上,与稀土金属结合时,可作为有效的近红外光源。本文中,香港浸会大学的Ka-Leung Wong等人已经开发出卟啉稀土复合物,可以很容易地渗入体液等含水环境。研究小组通过在环形框架上添加短二甘醇链来合成水溶性卟啉,并用它们将稀土(包括镱)捕获到夹层结构中。特征分析显示,新的复合物可在含水溶液中高效、持久的发光,并可作为光动力疗法中电激发氧的发生器。

Data storage: Helical holes for polarized encryption

Yang Chen, Xiaodong Yang & Jie Gao 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 45(2019)

Published online 15 May 2019

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文章概要:数据存储:用螺旋孔进行偏振加密

刻蚀在黄金中的微小螺旋孔可以作为基于偏振光操纵的数据存储技术的单元。螺旋状纳米结构适于存储二元数据是因为它们以两种形式存在,即左手螺旋和右手螺旋。密苏里科技大学的Xiaodong Yang, Jie Gao和Yang Chen利用离子束刻蚀技术在180纳米厚的金膜上雕刻出螺旋形的“纳米孔径”阵列。刻蚀后的金膜可以选择性地传输某几种偏振光,同时阻挡其他类型的偏振光。此外,其偏振灵敏度取决于入射光的方向,也就是说,当光线沿一个方向时,阵列会产生诸如二维码的二进制图像,而在另一个方向上,则可以再现灰度图片。这为数据加密和光学信息处理提供了激动人心的可能性。