《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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Metalenses: sharpening the focus of new technology

Sajan Shrestha, Adam C. Overvig, Ming Lu, Aaron Stein & Nanfang Yu

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 85 (2018)
Published online 07 November 2018

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文章概要:超透镜:凸显新技术的重点

       小型高性能成像系统可以使用由特殊排列的纳米级支柱制成的平面透镜构建。传统透镜依靠玻璃的曲率和厚度来聚焦光线,而体积更小,更薄且更柔韧的金属透镜则具有由数千个纳米级支柱组成的表面,其几何形状经过精心设计可以控制光学相位。然而,在宽波长范围内保持相同焦距仍然会出现问题,即会导致图像模糊。现在,位于美国纽约哥伦比亚大学的Nanfang Yu等人设计了一个超透镜单元库 - 用于创建超透镜的纳米柱 – 其具有几种不同的横截面几何形状。他们将这些超透镜单元以各种模式组合在一起,以构建宽带超透镜,在宽的近红外波长范围内呈现一致的焦距,从而大大提高最终图像质量。此外,这种超透镜在透射模式下工作并且可以聚焦任何偏振态的光。

 

Light communication: Quantum wells pump up the audio

Yongjin Wang, Xin Wang, Bingcheng Zhu, Zheng Shi, Jialei Yuan, and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 83 (2018)

Published online  31 October 2018

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文章概要:光通信:量子阱“发射”音频

       本文开发了一种芯片级器件,它使用受限光同时发射和检测音频信号。研究结果表明,捕获电荷的半导体薄膜的量子阱可以同时作为发光二极管(LED)。这被称为同时发射检测现象。南京邮电大学的王永进等人现在报导了一种利用发光量子阱进行高速信号通信的技术。该团队在III族氮化物芯片上制造了两个量子阱,然后通过悬浮的光波导连接它们。光电流测量显示,在器件一侧产生的光可以穿过波导并调制第二个LED的输出。连接到外部音频电路后,使量子阱可以接收声音信号且瞬时放大。

 

All in a spin over chiral metasurfaces

Yang Chen, Xiaodong Yang & Jie Gao

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 84 (2018)
Published online 31 October 2018

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文章概要:自旋手征超表面

        美国科学家设计了一种新颖的超表面,允许从圆偏振光束生成全息图,这展现了超薄成像设备的前景。超表面是具有纳米结构的纳米薄膜,可控制入射光波。密苏里科技大学的Jie Gao等人构建了一种根据极化方式传输不同类型光束的表面。它们的设计包括两个彼此叠加的子阵列 - 一个具有特定手征(不对称)形状的纳米孔径,而另一个基于其镜像。当暴露于在右旋和左旋圆极化之间切换的入射光束时,所得到的超表面可以透射全息图。在右旋极化下,仅启用来自一个子阵列的传输而另一个子阵列被阻挡,反之,当极化改变时亦然。

 

Edge-Emitting Polariton lasers: A step closer to two-dimensional all-optical devices

O. Jamadi, F. Reveret, P. Disseix, F. Medard, J. Leymarie, and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 82 (2018)
Published online 31 October 2018

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文章概要:边缘发射极化激光器:更接近二维全光器件的一步

        一种可以在室温下在半导体材料中的微小二维水平腔传播的激光器可以用于新型全光器件中。极化子是由微小封闭空间中的光(光子)和物质(电子 - 空穴对,或“激子”)的共振耦合产生的准粒子,例如由半导体材料制造的微腔。借助极化激元激光器,研究人员可以构建节能,紧凑的全光器件。法国克莱蒙费朗(Clermont-Ferrand)Pascal研究所的Guillaume Malpuech及其同事设计了一种在室温下工作的新型极化激光器和放大器。它们的设计不要求使用微腔,而是基于使用ZnO层的极化子引导模式。这种水平引导几何结构很吸引人,因为它易于制造并集成在二维光学电路中。

 

Raman scattering microscopy: A better view for biology

Yali Bi, Chi Yang, Yage Chen, Shuai Yan, Guang Yang and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 81 (2018)
Published online 24 October 2018

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文章概要:拉曼散射显微镜:生物学的更优视角

       受激拉曼散射(SRS)技术的改进实现了采用光学显微镜进行高分辨率生物医学成像,并可以揭示生物结构而不需要荧光化学基团作为“标记”。在SRS中,激光将分子激励到更高的能级,在这些能级下,它们反向散射了与激励光源不同频率的光。华中科技大学王平等人通过设计,达到了前所未有的水平——130nm。与现有方法相比,如果慎重选择和控制激光,灵敏度将提高23倍。光纤技术可以使这种技术应用于完整的生物组织。作者使用各种细胞和组织进行的实验证明了本文有潜力大大增强生物医学成像应用。

 

New Biomechatronics-Multiphoton Microscopy predicts the degree of muscle weakness from the cellular structure in 3D

Dominik Schneidereit, Stefanie Nübler, Gerhard Prölß, Barbara Reischl, Sebastian Schürmann,and et al. .

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 79 (2018)
Published online24 October 2018

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文章概要:新型生物力学:多光子显微镜可三维预测细胞结构的肌肉无力程度

    本文将一种可以三维诊断骨骼肌的细胞结构缺陷的激光扫描多光子显微镜与小型生物力学诊断仪相结合使用。肌肉细胞的结构变化,例如单个纤维的分叉和分裂,或细胞骨架的亚细胞重塑,与患者的退行性病变有关。现在,来自德国的Oliver Friedrich等人开发出了一种技术,将肌肉细胞可以施加的力与其细胞结构联系起来。该团队使用一种特殊版本的多光子显微镜,产生二次谐波,来检查从野生小鼠或携带肌营养不良蛋白基因突变的患者中提取的单肌纤维。同时,用自动化系统测定由限定浓度的钙离子引起的收缩,或纤维如何对被动应力作出反应。计算机分析得到了光学图像和肌肉功能之间的线性相关性,这可能对使用多光子成像对患者活组织检查并预测患者的生物力学疾病十分有用。

 

Optics: Ultrafast optical cryptography

Pujuan Ma, Lei Gao, Pavel Ginzburg & Roman E. Noskov .

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 77 (2018)
Published online17 October 2018

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文章概要:光学:超快光学加密技术

    科学家已经开发出一种使用光学纳米天线来解密编码信息的超快方法,这可以实现更安全且更好的加密系统。电信的快速增长需要更安全的密码系统,同时也要最小化计算资源消耗。当前的大多数加密技术依赖于需要限制其体积尺寸和性能的数千个逻辑门的软件算法。现在,来自以色列特拉维夫大学的Roman Noskov及其同事与中国研究人员合作,开发了一种技术,该技术允许借助单个非线性光学纳米天线对激光器发送的数据进行加密安全解码。该技术可以很容易地集成到现有的纳米光子器件和光纤中,从而为超快和全光学加密技术铺平了道路。

Metasurfaces: Wide-Angle Holograms

Zi-Lan Deng, Junhong Deng, Xin Zhuang, Shuai Wang, Tan Shi,and et al.

Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 78 (2018)
Published online 17 October 2018

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文章概要:超颖表面:广角全息图

    使用等离子体超曲面能够实现宽带全息图,其可以在接近掠入射的极端角度下操作。来自暨南大学,南方科技大学,深圳大学和南开大学的Zi-Lan Deng及其同事用一系列紧密间隔的相同银纳米棒(90nm宽,200nm长)制作了全息图,这些银纳米棒涂在一层薄薄的银层上,然后涂覆了一层SiO2。异常光学衍射的现象允许在非常大的角度下进行高效率衍射,并且定制纳米棒的间距,该间距允许将期望的相位轮廓编程到表面中。该设计在可见光和近红外范围内工作,可用于各种不同的全息应用,包括数据加密,防伪和3D显示。

Photoacoustic imaging: Looking forward to miniaturized endoscopy

Rehman Ansari, Edward Z. Zhang, Adrien E. Desjardins & Paul C. Beard .
Citation: Light: Science & Applicationsvolume 7, Article number: 75 (2018) 
Published online10 October 2018
文章概要:光声成像:有望用于微型内窥镜检查
    期望在结肠癌筛查等方法中使用微创成像技术的医生可能很快就将可以使用来自光声器件的激光产生的超声波。研究人员越来越多地尝试将内窥镜,细长的可视化仪器和诊断仪器插入人体内,然后再借助光声学,因为超声波能穿透比光穿透更深入的组织。来自英国伦敦大学学院的Paul Beard及其同事现已开发出第一款光学内窥镜,可在内窥镜行进的同一前向方向上进行成像。通过用感应超声波的薄透明聚合物薄膜覆盖多芯光纤电缆,该团队的方法避免了对独立且大体积的探测器的依赖。由5万个可单独寻址的光纤芯组成的原型设备可产生包括鸭胚胎和小鼠皮肤在内样品的微血管网络的高分辨率图像。

Photonic chips: Converting the light

Sangsik Kim, Daron A. Westly, Brian J. Roxworthy, Qing Li, Alexander Yulaev ,and et al.
Citation: Light: Science & Applications volume 7, Article number: 72 (2018) 
Published online10 October 2018
文章概要:光子芯片:光的转换
    一个在不同模式之间转换光束的程序将有助于实现光子芯片的潜力 – 即,实现一个使用光进行数据处理的器件而不是传统微芯片的电路。开发光子芯片技术要求芯片内行进的纳米级光束与更宽的光束之间能够可靠相互转换,这些光束可以用作器件的有用输出或到器件的输入。美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所的Vladimir Aksyuk及其同事开发了一种“模式转换器”,它将光子芯片中的光束和超过100000倍宽的外部光束互相转换。这种可靠且精确控制的相互转换应有助于光子芯片广泛应用的发展,包括它们在计算,光学分析和军事科技中的应用。