《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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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。

Artificial neural networks: tapping in to the power of light

Qiming Zhang, Haoyi Yu, Martina Barbiero, Baokai Wang & Min Gu 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 42(2019)

Published online 08 May 2019

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文章概要:人工神经网络:利用光的力量

纳米级光控技术有助于研究人员开发人工神经网络(ANNs),以便用于脑病研究和机器学习。尽管神经科学取得了较大进展,但了解人脑仍然是一个相当大的挑战。构造实质的或计算机人工神经网络可帮助科学家分析并开发大脑功能。本文中,来自澳大利亚墨尔本皇家理工大学的顾敏等人回顾了利用纳米光子学(光子携带大量信息)实现新兴人工神经网络的相关研究。同时,作者还提到,由于3D打印和激光直写技术使研究人员能够制造微型光学和电子元件,可构建人工神经元和人工神经网络基架平台。另一新兴领域是全光学的人工神经网络,通过采用多层衍射全息图创建高效的机器学习引擎。此外,结合了诸如生物组织纳米传感等纳米光子学技术的可移植人工神经网络,将来更有望辅助研究和治疗严重的大脑疾病或损伤。

Photonics: Pairing-up for next generation photonic quantum technologies

Ming Zhang, Lan-Tian Feng, Zhi-Yuan Zhou, Yang Chen, Hao Wu, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 41(2019)

Published online 01 May 2019

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文章概要:光子学:为下一代光量子技术配对

中国科学家开发出一种技术,能产生可用于量子器件的光子对,为一系列新的光量子技术铺平了道路。多光子量子光源是发展光量子新技术的关键,浙江大学的戴道锌等人与中国科技大学的研究人员合作,开发出一种可以产生高质量双光子纠缠源的技术。研究小组利用三个电磁场相互作用产生第四个电磁场,即一种被称为“自发四波混频”的方法,在硅纳米光子螺旋波导中创造了多光子量子态。该技术可以产生高亮度、可调谐、稳定的多光子量子态,并且可以与当前的光纤和集成电路制造工艺兼容,为通信、计算和成像领域的光量子新技术打开了大门。

Medical lasers: Fine-tuned continuous wave random lasers in the terahertz region

Simone Biasco, Harvey E. Beere, David A. Ritchie, Lianhe Li, A. Giles Davies, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 43(2019)

Published online 01 May 2019

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文章概要:医用激光器:可在太赫兹频段内精调的连续波随机激光器

本文研制了一种可在太赫兹频段工作的小型可调谐激光器,这在 医疗和诊断中具有非常大的应用价值,例如在手术期间监测血流或是应用于图像重构。与X射线不同,太赫兹辐射不会损伤活体组织,因此在高分辨率光谱学中有良好的前景。意大利CNR纳米科学研究所的Miriam Vitiello等人设计出一种太赫兹频段的小型随机激光器,可以产生脉冲和连续激光。随机激光器不像传统激光器那样需要设计专门的结构以放大光束;它们只需要利用高度无序增益介质的散射,降低空间相干性从而提高成像质量。Vitiello的团队在他们的设计中加入了一个带有随机气孔图案的双金属谐振器用来控制干涉图案和脉冲。在谐振器的顶层放置一个可移动的反射镜,可以对激光输出进行精细的光谱调整。

Wavefront sensing: megapixel resolution

Yicheng Wu, Manoj Kumar Sharma & Ashok Veeraraghavan

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 44(2019)

Published online 01 May 2019

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文章概要:波前传感:百万像素分辨率

本文提出的新方法大大提高了波前传感技术的空间分辨率。该方案由美国莱斯大学的Yicheng Wu等人共同发明,其采用了一个空间光调制器(SLM)、一个CMOS图像传感器和一种计算相位检索算法。首先将待解析的光场通过由SLM产生的一系列随机相位图案进行调制,并在CMOS传感器上进行一系列相应的空间强度测量。然后通过相位恢复算法对数据进行处理,生成SLM波前入射的相位和振幅信息。至关重要的是,该方案可以提供约1000万像素分辨率的波前重建,比商用的Shack-Hartmann传感器高出好几个数量级。

Shrinking topological state lasers

Changhyun Han, Myungjae Lee, Ségolène Callard, Christian Seassal & Heonsu Jeon 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 40(2019)

Published online 24 April 2019

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文章概要:收缩拓扑态激光器

由于腔体阵列边缘上被称为拓扑边缘态(TESs)的奇异光子特性,使从单个纳米级腔体发射光的微型激光器成为可能。TESs可以在不发生散射的情况下巧妙地绕过障碍物;这使它们成为在制造纳米结构过程中出现不可避免的缺陷时进行导航的理想选择。来自韩国首尔国立大学(Seoul National University)和法国里昂大学(Université de Lyon)的Heonsujeon等人将几百纳米间距的孔图案蚀刻在发光晶片上,然后用1064纳米的激光对样品进行光学激发。正是由于TES,他们在一个空腔中观察到一个1500纳米左右的受激发射的孤立峰。这种比光波波长更小的光源发出的激光现象可以使光子器件进一步小型化,并应用于量子计算中。

Optics: Colour routing on the nanoscale

Xiaolu Zhuo, Hang Kuen Yip, Ximin Cui, Jianfang Wang & Hai-Qing Lin

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 39(2019)

Published online 17 April 2019

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文章概要:光学:纳米级的彩色光路由

中国科学家已开发出能够控制不同颜色光方向的等离激元纳米粒子,这为一系列纳米级设备应用于光学信息和信号处理打开了大门。构造纳米级光学电路需要大量的具有波长路由功能的纳米级光学元件以复用相同波长的光。然而,由于光的衍射极限,这种光学元件难以制造。现在,来自香港中文大学的王建方与北京计算科学研究中心的研究人员合作,利用银纳米棒制造了等离激元纳米粒子,可以在低于光的衍射极限的情况下分光并分别发送不同颜色的光。该纳米棒可用于设计新型纳米结构,包括光学纳米天线,纳米激光器,偏振器和分束器。

Lighting: Shining in the cyan valley

Ming Zhao, Hongxu Liao, Maxim S. Molokeev, Yayun Zhou, Qinyuan Zhang and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 38(2019)

Published online 10 April 2019

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文章概要:光源:闪耀在青色峡谷中

高效发射470-500纳米窄带青色光的发光晶体可用于填补发光二极管(LED)中的空白或“峡谷”,以模拟日光的全光谱。人们对开发更高效,更具成本效益的全日光LED光源非常感兴趣。这种光源可以创造更自然的室内照明条件,也更有益于身体健康。来自北京科技大学的夏志国带领中国和俄罗斯的研究人员开发了一种分子式为Na0.5K0.5Li3SiO4:Eu2+的无机结晶化合物,它可发射窄带青色光,。该项研究有许多潜在应用,例如将全日光的LED灯用于治疗与季节性情绪失调(SAD)引起的情绪低落和抑郁。

Dyed droplets improve photoacoustic imaging

Pengfei Zhang, Lei Li, Li Lin, Junhui Shi & Lihong V. Wang 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 36(2019)

Published online 03 April 2019

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文章概要:染色液滴改善光声成像

染色液滴可提高了激光脉冲和超声波成像技术的分辨率。加州理工学院的Lihong V. Wang等人通过向活体小鼠脑血管注射染色液滴,证明了改进后的“光声计算机断层扫描”(PACT)的分辨率提高了6倍。采用PACT技术时,阵列传感器可以检测到由接收短脉冲激光的组织发出的超声波。该项技术可用于生物组织的高时空分辨率成像,具有超对比度和深层的穿透效果。注入的染色液滴作为一种良好的对比剂,所产生的“光声”信号远高于血液条件,同时还能顺畅地在血管内流动。通过定位染色液滴的中心,可以获得具有较高分辨率的图像。如果采用具有较高光学吸收能力的染色液滴作进一步的改善,还可以实现毛细血管成像和靶向给药监控。

Plasmonics: tweezer opportunities

Kenneth B. Crozier 

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 35(2019)

Published online 03 April 2019

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文章概要:等离激元:光镊的机遇

本文重点介绍了以等离激元为辅助的光镊技术的发展、遇到的挑战和潜在的应用。来自澳大利亚墨尔本大学的Kenneth Crozier描述了等离激元纳米结构如何能够对亚波长电磁场进行约束和增强,从而使光镊能够超越光的衍射极限,捕获纳米粒子。等离激元光镊的潜在应用包括纳米粒子操控和感应,以及在“芯片实验室”器件上的使用,如用于生物研究的流式细胞仪,和用于处理量子信息任务的冷原子俘获技术。但是,在完全实现上述应用之前,重要的是要解决等离激元中采用金属结构导致的吸热问题以及如何更为全面的理解等离激元俘获的过程。