《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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Synchronous Nanoprinting-Hologram Metasurfaces: Towards full hue-saturation-brightness control

Yanjun Bao, Ying Yu, Haofei Xu, Chao Guo, Juntao Li, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 95 (2019)

Published online 23 October 2019

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文章概要:同步纳米印刷全息图超表面:以全色相、饱和度、亮度控制为目标

色相、饱和度、亮度(HSB)控制的结构颜色和与全彩色全息图的独立集成为研发光学安全装置和先进的加密方法拓展了可能性。来自中国和新加坡的研究人员开发了一种晶体硅纳米块超表面材料,它能够独立地控制红、绿、蓝(RGB)三种颜色光的强度和相位。通过将不同强度比例的三个RGB纳米块混合在一起,可以控制透射光的HSB值,从而将超表面结构颜色从常规的二维色相饱和空间提高到真正的三维HSB空间。此外,任意HSB彩色印刷和全彩色全息图像都可以集成在一个单独的超表面结构中,而不是将多个超表面分别级联成一个彩色印刷超表面和一个全息超表面,这使得单个多功能超表面的研究有了很大的飞跃。

Lasers: Lighting up high-intensity pulses

Vyacheslav E. Leshchenko, Alexander Kessel, Olga Jahn, Mathias Krüger, Andreas Münzer, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 96 (2019)

Published online 23 October 2019

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文章概要:激光:点亮高强度脉冲

本文介绍一种通过直接分析强光脉冲与目标的相互作用来表征强光脉冲的新方法,这将有助于研究人员推动强场的应用。在基于激光的带电粒子加速和强相干X射线产生等应用领域的研究需要精确获悉相对论强度下激光的特性。这种方法是“色散扫描”的一种改进形式,通过监测与材料相互作用时的强激光脉冲效应,从而利用在相对论强度下产生的过程。这项技术是由德国加兴(Garching)的马克斯普朗克量子光学研究所的Vyacheslav Leshchenko等人开发的。该项技术有效地解决了如何表征极短强脉冲随时间变化的难题。

Machine learning: Metasurfaces gain the power of recognition

Lianlin Li, Ya Shuang, Qian Ma, Haoyang Li, Hanting Zhao, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 97 (2019)

Published online 21 October 2019

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文章概要:机器学习:超表面获得识别能力

本文将射频成像与人工智能相结合,可以使计算机更容易地使用手语等非语言提示与人进行交互。来自中国北京大学的李廉林和东南大学的崔铁军等人制备出包含“超原子”的米级平板,这是一种排列成网格状的可以操纵光波相位的微小电子设备。通过发射微波信号、操纵杂散的Wi-Fi信号并检测反射的回波,超表面可以收集多个非合作对象的高分辨率成像数据,甚至是固体壁面后面的对象。研究小组将微波数据传输给一系列人工智能算法,这些算法首先识别人体形态,然后修改信号分布以更好地关注特定的人体部位,进而识别人的手征和生命体征。实验表明,即便使用普遍存在于日常生活中的杂散Wi-Fi信号,这种装置也可以连续监测手部信号和呼吸。

Perovskite-silicon receiver for UV wireless communication

Chun Hong Kang, Ibrahim Dursun, Guangyu Liu, Lutfan Sinatra, Xiaobin Sun, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 94 (2019)

Published online 16 October 2019

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文章概要:用于紫外无线通信的钙钛矿- 硅接收器

基于钙钛矿纳米晶体的硅基接收器可以有效地检测紫外信号,为实现高速、高带宽的紫外无线通信铺平了道路。来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的Boon S. Ooi等人开发的光电探测器比目前应用的接收器体积更小,制作成本更低。它以技术先进的硅基光电探测器为基础构建而成,这种硅基光电探测器结构紧凑且已被广泛应用,对较长波长的绿光响应最佳。将溴化铯铅(CsPbBr3)钙钛矿纳米晶体掺入硅基光电探测器可以有效促进紫外光转化为绿光。该团队证明,他们的接收器可用于高速紫外通信,从而为钙钛矿基材料在陆地和水下紫外互联网系统中的应用铺平了道路。

Silicon photonics: Building integrated lasers from the bottom up

Yingtao Hu, Di Liang, Kunal Mukherjee, Youli Li, Chong Zhang, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 93 (2019)

Published online 09 October 2019

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文章概要:硅光子学:自下而上构建集成激光器

本文提出一种将激光与硅光子电路相结合的低成本方案,可以使光脉冲更加有效实用地移动数据。将单独的发光芯片(如磷化铟(Inp)基量子阱激光器)封装到集成硅光子微芯片上,常常由于光学和机械方面的各种因素,导致其存在效率和可靠性问题。目前,来自美国帕洛阿尔托惠普实验室的Yingtao Hu等人证明,利用生长模板可以在硅波导上生长InP基量子阱激光器。研究小组将一层薄的InP层热连接到图案化的硅衬底上,然后在其上外延生长激光结构。该工艺可在硅衬底上制备低位错密度的发光晶体,实现高密度集成与可扩展的低成本制造。

Metasurfaces: next generation holograms

Adam C. Overvig, Sajan Shrestha, Stephanie C. Malek, Ming Lu, Aaron Stein, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 92 (2019)

Published online 09 October 2019

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文章概要:超表面:下一代全息图

本文介绍了一种能够同时独立控制两种波长光的相位和振幅的介电超表面,为计算机全息技术带来了新的机遇。来自美国哥伦比亚大学和布鲁克海文国家实验室的Adam Overvig等人已经证明,这种超表面使得控制三维全息物体的表面纹理,创建无伪影二维全息图像并支持双色操作成为可能。介电超表面全息图是通过电子束光刻和反应离子刻蚀将全息图写入石英晶片上生长的800-1000 nm厚的无定形硅层制成的。研究小组声称,这种制作工艺可以与CMOS兼容,得到的超表面全息图尺寸约为750x750μm,并可以实现高效率传输。

Optical vortices 30 years on: OAM manipulation from topological charge to multiple singularities

Yijie Shen, Xuejiao Wang, Zhenwei Xie, Changjun Min, Xing Fu, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 90 (2019)

Published online 02 October 2019

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文章概要:光学涡旋三十年发展综述——从拓扑荷数到多奇点的操控

来自清华大学的付星和深圳大学的袁小聪等人以光学涡旋的广义可调谐性为主线,梳理了光学涡旋自1989年概念提出以来三十年的发展脉络,对其理论、实验与应用的标志性成果进行了系统、深入的综述与展望。他们强调,光学涡旋的独特结构扩展了调谐维度(单奇点拓扑荷数调谐、多奇点空间分布调谐等)。光学涡旋可调谐性能的提升在光镊操控、光通信、量子纠缠、纳米加工、超分辨成像等多个领域不断催生先进的应用技术。发展频域、时域、空域与轨道角动量(OAM)维度综合调谐的涡旋光源是进一步拓展科学应用的关键。

Deep Learning Cytometry: Magnetically modulating rare cells for high-throughput detection

Yibo Zhang, Mengxing Ouyang, Aniruddha Ray, Tairan Liu, Aydogan Ozcan, and et al

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 91 (2019)

Published online 02 October 2019

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文章概要:深度学习细胞计数法:磁调制稀有细胞以进行高通量检测

通过高通量成像技术可以检测血液中具有医学意义的稀有细胞,该技术通过深度学习分析磁标记靶细胞的运动。因为带标记细胞可对周期性变化的磁场做出响应,利用人工神经网络对磁调制光干扰进行分析,可以增强系统对标记细胞的专指性和灵敏性。加利福尼亚大学洛杉矶分校的Aydogan Ozcan带领的美国研究人员通过血液中添加的稀有癌细胞证明了该项技术。他们的最低检测极限为每毫升十个细胞。该光学系统使用了一种被称为散斑成像的全息过程,该过程比传统方法更紧凑并可以实现更高通量。该方法在快速分析血液和其他体液以诊断和监测疾病方面具有重要潜力。

Plasmonics: The latest‘hot' topic in photo-catalysis

Yonatan Dubi & Yonatan Sivan

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 89 (2019)

Published online 02 October 2019

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文章概要:等离激元:光催化的最新“热点”话题

等离激元金属纳米颗粒由于能够产生可用于光催化反应的高能非热(所谓的“热”)电子,正受到广泛关注,如用于氢解离、水分解和人工光合作用等。然而,估算给定照度级所产生的热电子的数量并将其与普通的加热区分开仍然是一个具有挑战性的问题。现在,来自以色列本古里安大学的Yonatan Dubi和Yonatan Sivan开发了一种确定连续波照明下测定金属纳米结构中电子分布的模型,首次比较了金属纳米结构中稳态电子分布的热效应和非热效应。他们发现非热载流子产生的效应非常小,因为基本上所有吸收的光子能量都会产生热量。这一发现彻底改变了我们对等离激元辅助光催化实验的理解。

Non-Hermitian optics: Encircling exceptional points leads to advanced wave-manipulation technologies

Xu-Lin Zhang, Tianshu Jiang & C. T.Chan

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 88 (2019)

Published online 02 October 2019

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文章概要:非厄米特光学器件:环绕奇点可带来先进的波操纵技术

通过在反奇偶时间对称系统中操纵微波,中国科学家探索了拓扑物理学及其在光学和光子学中的波操纵应用。随着非厄尔米特系统(即可以与周围环境交换能量的开放系统)的最新发展,已经产生了诸如隔离器、传感器和吸收器等新光学设备。这类系统都表现出所谓的奇点特性,其中的两个或多个共振具有相等的频率和耗散。通过沿着具有特殊设计边界的波导发送微波,可以等效于使波导在参数空间中的奇点上循环共振,来自吉林大学的张旭霖和香港科技大学的Che Ting Chan证明了这种操纵波导中电磁波的新方法。他们的工作为新功能片上光学器件的发展铺平道路。