《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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Whispering-gallery-mode resonators: single-mode lasing realized

Fuxing Gu, Fuming Xie, Xing Lin, Shuangyi Linghu, Wei Fang and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17061; doi:10.1038/lsa.2017.61
Published online 6 October 2017

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文章概要:回音壁模式谐振腔:实现单模激光

来自中国的科学家们通过对泵浦光束的空间分布进行设计,利用制备的瓶形微谐振腔可发射单模激光。 回音壁模式微谐振腔,主要依赖于光绕着盘形、球形、环芯形或瓶形等封闭路径进行循环传播,由于其具有小的模式体积和高品质因数而广受欢迎。然而由于缺少模式选择要素,利用它们发射的激光往往是多模式的。来自上海科技大学的Fuxing Gu及其同事们通过利用带有条纹干涉图案的泵浦光束来克服这种限制,激发小体积聚合物瓶形微谐振腔的单一横模。其结果形成了具有低激光阈值和非理想边模高抑制作用的微型单模激光器。

Terahertz photonics: efficient antenna

Luca Masini, Alessandro Pitanti, Lorenzo Baldacci, Miriam S Vitiello, Riccardo Degl'Innocenti and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17054; doi:10.1038/lsa.2017.54
Published online 6 October 2017

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文章概要:太赫兹光电子学:高效天线

通过悬挂的金属线使两个微盘激光器耦合,可以制备高效的准直太赫兹辐射源。来自意大利CNR研究所的Alessandro Pitanti及其同事们制成了一种作为线性偶极子天线的微型装置,在低散度的垂直光束中以3.5THz发射连续波辐射。值得注意的是该设计是高效的,并且具有低阈值电流和高斜率工作效率。该装置可以获得高达250μW的输出功率。每个微盘包含由厚200nm的金属层包匹的厚11μm的GaAs / AlGaAs量子级联激光器异质结构的的有源核。发射光束的小尺寸和低散射的特点使得太赫兹源有望应用于便携式成像和传感。

Graphene plasmonics: nanostructures focus mid-infrared light

Ze-Bo Zheng, Jun-Tao Li, Teng Ma, Han-Lin Fang, Wen-Cai Ren and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17057; doi:10.1038/lsa.2017.57
Published online 6 October 2017

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文章概要:石墨烯等离子体:纳米结构聚焦中红外光

来自中国的研究人员发现二维石墨烯纳米结构可用于实现中红外光的纳米级定位。随着光电子器件尺寸的缩小,实现在纳米尺度上操纵光是至关重要的。石墨烯这一结构在极重要的中红外和太赫兹区域具有极大的希望去实现纳米尺度光操纵。来自中国的Huanjun Chen及其同事们经过理论和实验研究了石墨烯纳米结构中的电磁场分布。他们发现通过适当地改变石墨烯结构的形状和尺寸可以将其中的电磁场形成特定的图案。这一发现将有助于指导实现具有增强型聚焦能力的石墨烯纳米结构的设计。研究人员还指出该技术可以拓展应用到其他二维材料中。

Freeform optics: automated design reduces human input

Tong Yang, Guo-Fan Jin and Jun Zhu

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17081; doi:10.1038/lsa.2017.81
Published online 6 October 2017

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文章概要:自由曲面光学:自动化设计减少人为输入

使用自由曲面光学设计成像系统的自动化方法大大减少了设计过程中对人力输入的需求。虽然利用计算机软件已经从优化光学系统中去除了许多工作,但仍然需要人力来选择合适的工作起点,特别是对于离轴布局结构。来自中国清华大学的Tong Yang及其同事们设计了一个使用逐点迭代过程来自动构造所需的自由曲面的框架,而不是使用广泛的人力进行设计。他们通过设计两个红外成像系统来证明该技术的有效性,分别为具有自由式离轴、三个反射镜设计系统和具有球形封装的自由式反射系统。该方法可帮助实现应用于显微镜、光谱学、传感和虚拟现实等方面的紧凑型高性能光学系统的光学设计。

Optical manipulation: Technological advances and future applications

Dongliang Gao, Weiqiang Ding, Manuel Nieto-Vesperinas, Xumin Ding, Mahdy Rahman and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17039; doi:10.1038/lsa.2017.39
Published online 22 September 2017

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文章概要:光学操控:技术进步和未来应用

通过对光学操控最新进展的回顾预测了新兴和令人兴奋的应用的出现。利用光线捕捉和移动微小物体的光学操控已成为许多领域的重要工具。光镊技术的发展与纳米技术的进步一同开启了新应用的大门。来自新加坡国立大学的仇成伟及其同事们从光场力的基本特性及其计算方法入手,评价了光学操控的最新发展和新兴技术。他们预测用于操纵电磁场的更复杂的方法将会导致用于光学操纵的新光束的出现。他们还认为光学操控在未来可能会用于亚纳米级结构,这将需要考虑量子效应。

Digital holography microscopy: on-chip microscopy system

Vittorio Bianco, Biagio Mandracchia, Valentina Marchesano, Vito Pagliarulo, Federico Olivieri and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17055; doi:10.1038/lsa.2017.55
Published online 22 September 2017

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文章概要:数字全息显微镜:芯片显微镜系统

具有内置干涉仪的微流控芯片有望大大促进数字全息显微镜的应用。芯片实验室将生物医学设备应用于即时检测。来自意大利应用科学与智能系统研究所的Vittorio Bianco及其同事们已将衍射光栅和印刷聚合物透镜加入到微流控芯片中使其能够用作干涉仪。利用该芯片他们对各种生物标本包括线虫和硅藻,进行数字全息显微镜检查。这个单光束装置结构简单且仅需要CCD图像传感器。此外它是便携式的,提供了一种使用方便且批量生产成本低的芯片实验室成像系统,使其适合于即时检测诊断。研究人员今后将研究使用发光二极管而非激光作为光源。

Silicon photonics: on-chip interconnects

Carlos García-Meca, Sergio Lechago, Antoine Brimont, Amadeu Griol, Sara Mas and et al. 

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17053; doi:10.1038/lsa.2017.53
Published online 22 September 2017

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文章概要:硅光子学:芯片互连

基于锥形硅波导的光学纳米天线可以在毫米量级上为芯片提供高速数据互连。光子集成电路有望应用于高性能计算、先进芯片网络和芯片实验室传感器。无导向的无线互连提供可重构性并提供高度定向发射,可通过使用纳米加热器改变光的相移来控制。来自西班牙瓦伦西亚大学的Carlos Garcia-Meca及其同事们通过实验表明,这种纳米天线技术与波分复用兼容,可以在1550 nm的电信窗口波段实现与一个4通道,160Gbits/s速率的超过0.4mm长的链路互联。此外,该无线方法有可能克服一直困扰应用于许多物理波导的复杂电路的交叉点问题,并为用于即时检验生物医学设备的超紧凑集成式芯片提供解决方案。

Ultrafast photonics: videography technique achieves femtosecond resolution

Andreas Ehn, Joakim Bood, Zheming Li, Edouard Berrocal, Marcus Aldén and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17045; doi:10.1038/lsa.2017.45
Published online 22 September 2017

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文章概要:超快光子学:实现了飞秒分辨率的摄像技术

捕获超快运动图像的技术可在实质上为更深入了解某些基本过程而铺平道路。目前还没有方法可以有效地拍摄发生在物理、化学和生物学中分子和原子水平上的许多动态过程。来自瑞典隆德大学的Marcus Aldén及其同事们展示了一种能够捕获达飞秒量级图像的超快摄影技术,并将其称为多重曝光频率识别算法(FRAME)。这种技术涉及到将结构代码叠加在照明光上以加密单个事件,并在后处理中对其进行解密。帧频仅受激光脉冲持续时间的限制。该团队展示了达200飞秒的时间分辨率,他们认为若使用阿秒激光将会提高1000倍。

Optical trapping: structuring super-oscillating beams

Brijesh K Singh, Harel Nagar, Yael Roichman and Ady Arie

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17050; doi:10.1038/lsa.2017.50
Published online 8 September 2017

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文章概要:光学捕获:构造超振荡光束

使用构造的超振荡光束可实现增强的空间精度和刚度的光学捕获。来自以色列特拉维夫大学和印度拉贾斯坦中央大学的科学家通过向一个相位可调的空间光调制器(SLM)发送了一束激光,然后使用高数值孔径显微镜物镜聚焦光束。通过对SLM应用适当的相位轮廓,能够产生具有拉盖尔-高斯、厄米-高斯和艾里轮廓的超振荡光束,其波长比入射光波长的一半还小,已经首次在非高斯光束中产生该次级衍射结构。与利用传统的受衍射限制高斯光束相比,该团队利用这些结构化的超振荡光束进行光学捕获操纵聚苯乙烯纳米颗粒能够实现更高的精度和强度。

Disordered media: Non-scattering, non-reflecting waves

Konstantinos G Makris, Andre Brandstötter, Philipp Ambichl, Ziad H Musslimani and Stefan Rotter

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17035; doi:10.1038/lsa.2017.35
Published online 8 September 2017

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文章概要:无序介质:无散射、无反射波

可以通过无序介质而不产生散射或反射现象的恒定强度波已经被理论预测了。来自希腊克里特大学Konstantinos Makris 和来自奥地利及美国的同事们的分析表明,通过对一般的无序介质的增益和损耗成分进行适当地空间改变,使介质折射率的虚部具有合适的分布,恒定强度波可以在上述的无序介质中形成。换句话说,就是向无序介质添加一个谨慎选择的增益和损耗成分分布使光波失去所有的内部强度变化,从而当光波通过无序介质时不会产生背向反射。上述行为可以通过空间调节激活介质中的泵浦波束使其产生所需的增益-损耗曲线的实验证实。