《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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Two-dimensional materials: silicon waveguide enhances nonlinear effects

Haitao Chen, Vincent Corboliou, Alexander S Solntsev, Duk-Yong Choi, Maria A Vincenti and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17060; doi:10.1038/lsa.2017.60
Published online 20 October 2017

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文章概要:二维材料:硅波导增强非线性效应

二维材料与硅波导的组合会使硅芯片具有期望的非线性光学效应。二维过渡金属二硫化物这种材料可表现出很大的二阶响应使其有望成为非线性光源,但材料的亚纳米厚度限制了它们与光的非线性相互作用长度。一个来自欧洲和澳大利亚的合作团队发现,顶部涂有一层二维过渡金属二硫化物MoSe2的硅波导会产生增强的二次谐波发生。这是因为硅波导模式的消逝场与MoSe2发生耦合作用,可以产生大的二阶非线性响应。计算结果表明通过长1 mm的波导获得的二次谐波信号比仅从顶部对单层MoSe2泵浦的信号高500 000倍。通过上述方法如波长转换、参数放大和纠缠光子的产生等其它非线性效应也是可能实现的。

Raman microscopy: nanoscale samples near surfaces can be probed

Diana Serrano and Stefan Seeger

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17066; doi:10.1038/lsa.2017.66
Published online 20 October 2017

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文章概要:拉曼显微镜:探测近表面纳米级样品

在无增强场的作用情况下可以探测到近表面处纳米尺度样品的一种新形式的拉曼显微镜已经被展现。拉曼散射是获取有关分子系统重要信息的有力工具,但其应用受到固有弱信号的限制。来自瑞士苏黎世大学的Diana Serrano和Stefan Seeger已经证明通过收集角度超过全内反射临界角发射的拉曼光而不利用场放大或场增强,拉曼显微镜可以探测到纳米尺度的样品。该技术应用了在较高折射率介质界面附近的偶极子能够以大于临界角的角度发射光的效应。虽然这种效应已经被应用于荧光探针,但这是首次被应用于拉曼光谱探测。

Plasmonics: nanostructures realize wakefield control of surface plasmons

Basudeb Sain, Roy Kaner and Yehiam Prior

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17072; doi:10.1038/lsa.2017.72
Published online 20 October 2017

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文章概要:等离激元:纳米结构实现了表面等离激元的尾场控制

玻璃上金薄膜中的表面等离激元传播可以通过利用纳米结构的线性阵列产生的尾场来控制。传播的表面等离激元极化激元由于体积小、定向且相干等优点有望应用于新一代光子电路中。来自以色列魏茨曼科学研究所的Yehiam Prior小组在玻璃基底上的金薄膜层结构中实现了定向表面等离激元传播。结构中的金薄层包含一行共11个纳米尺寸的孔,其提供了位于金薄膜上方的金-空气界面和下方的金-玻璃界面中以不同速度传播的等离激元之间的耦合。由于玻璃的有效折射率更高,在金-玻璃界面传播的等离激元比在金-空气界面传播速度慢。在不同界面传播的等离激元发生干涉导致相位延迟效应和定向等离激元尾场出现。

Nanoantennas: gold nanosponges act as antennas

Germann Hergert, Jan Vogelsang, Felix Schwarz, Dong Wang, Heiko Kollmann and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17075; doi:10.1038/lsa.2017.75
Published online 20 October 2017

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文章概要:纳米天线:金纳米海绵作为天线

来自德国的一个团队发现类海绵即充满纳米孔的金纳米粒子可以作为具有强烈、长寿命的局部共振的等离子体天线。来自德国奥尔登堡大学的Christoph Lienau及其同事们通过对金银双层膜进行去湿去合金处理制备了这样的一种“纳米海绵”。他们利用飞秒激光脉冲激发纳米海绵并对光致电子发射进行超快分析的方法对纳米海绵的光学性质进行研究。这些电子发射测量结果表明,纳米海绵将入射光漏入到位于纳米海绵表面寿命约为20fs的少数高度局域的等离子体激元模式中。此外纳米海绵的整体在宽频范围内表现出强烈的非线性、偏振无关响应。上述纳米海绵可用于如随机激光、等离子体传感和表面增强拉曼散射等应用中。

Metalenses: Focusing on more than one thing at a time

Yanjun Bao, Qiao Jiang, Yimin Kang, Xing Zhu and Zheyu Fang

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17071; doi:10.1038/lsa.2017.71
Published online 20 October 2017

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文章概要:超透镜:一次聚焦多种入射光

中国科学家已经制造出根据极化特性可以将光聚焦到多点上的平板透镜。多焦点透镜可将具有不同特性的入射光聚焦在多个焦点处并且广泛用于成像系统和光通信。它们通常通过组合具有不同焦距的多个透镜来制造,但这产生了降低成像质量的背景噪声。目前来自北京大学Zheyu Fang及其同事们通过使用一种称为超透镜的透镜克服了这个问题,这种超透镜是一种亚波长孔阵列薄膜。他们制备了两类超透镜,一种超透镜的阵列孔形状为椭圆形而另一种阵列孔形状是双曲形。研究人员表明上述超透镜可将具有不同圆偏振的光都聚焦到不同焦点上并且具有最小背景噪声。

Frequency combs: dual-comb spectroscopy realized in the mid-infrared

Ming Yan, Pei-Ling Luo, Kana Iwakuni, Guy Millot, Theodor W Hänsch and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2017) 6, e17076; doi:10.1038/lsa.2017.76
Published online 20 October 2017

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文章概要:频率梳:中红外实现双梳光谱

在中红外波段实现快速、高分辨率的双梳光谱的方案已经被证实。双梳光谱是一项强大的分析技术,但在中红外波段实现其高分辨率仍然具有挑战。目前来自马克斯-普朗克研究所量子光学研究所的Nathalie Picqué及其同事们已经利用连续波激光二极管、一对电光调制器和一段非线性光纤在近红外波段实现了可调谐的频率梳。频率梳可通过非线性晶体转换为中红外波段光谱。该方案可在3微米波长范围内实现高分辨率中红外光谱,可用于探测甲烷和乙烯的分子特征。以约100兆赫兹分辨率的毫秒时间量级捕获其扫描光谱。该方案有望应用于微量气体的快速和灵敏探测。

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。来自上海理工大学的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。