《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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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。

Plasmonics: Tripping the light fantastic switch

Weiqiang Zhang, Hongshuang Liu, Jinsheng Lu, Lifa Ni, Haitao Liu, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 34(2019)

Published online 27 March 2019

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文章概要:等离激元:光的奇妙开关

科学家已经证明了如何利用光来控制纳米开关,这为原子级器件在纳米技术领域的应用奠定了基础。纳米级开关的制造是电子器件进一步小型化并实现完全集成纳米技术的一个基本步骤。来自南开大学的向东等人,与国内外研究人员共同研究出一种利用光来控制金纳米电极之间的连接点的电导。利用光加热电极表面的电子,这是众所周知的等离激元加热技术,研究小组能够扩大电极并缩小电极之间的间隙,从而打开开关。这项工作为新纳米技术创造了条件,包括单分子晶体管和基于纳米孔的生物传感器。

Tiny spirals make twisted light

Jordan A. Hachtel, Sang-Yeon Cho, Roderick B. Davidson II, Matthew A. Feldman, 

Matthew F. Chisholm, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 33(2019)

Published online 20 March 2019

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文章概要:微螺旋可使光扭曲

美国研究人员开发的纳米螺旋结构为生成和检测角动量光提供了一个极好的平台。这种螺旋波形的扭曲光可用于操控未来设备(如量子计算机)中的微小物体。田纳西州橡树岭国家实验室的Jordan Hachtel等人在银涂层氮化硅膜上制造出“纳米螺旋体”,并用扫描透射电子显微镜(STEM)的高能电子束轰击样品。光束照射耦合光电子表面可以激发出扭曲光被称为等离子体涡旋。,至关重要的是,STEM技术可以观察到整个可见光区域内来自旋涡的发光,具有纳米级空间分辨率。

Deep penetration of light in blood

Rekha Gautam, Yinxiao Xiang, Josh Lamstein, Yi Liang, Anna Bezryadina, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 31(2019)

Published online 13 March 2019

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文章概要:血液中光的深入渗透

用于医学成像和操控的新型光子工具可以利用人体血液中激光的非线性特性。通常,当光进入生物体液时会快速散射,损耗能量,但是最新的研究表明,激光束在一些细胞悬浮液中会引起非线性响应,例如会增强渗透光的自聚焦。旧金山州立大学的Rekha Gautam等人已经证明,激光束在照射红细胞悬浮液时会形成“自陷”,从而减少散射,保持光束功率不变。最重要的是非线性特性取决于渗透条件和样本的时效,这意味着该技术可用于诊断影响血液细胞大小和形状的疾病,如镰状细胞贫血或疟疾。

Recovering scattered data from twisted light

Lei Gong, Qian Zhao, Hao Zhang, Xin-Yao Hu, Kun Huang, and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 27(2019)

Published online 06 March 2019

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文章概要:通过扭曲光恢复散射数据

通过解码光线穿过散射介质时出现的“散斑图”信息,可以使扭曲的光束传输更高质量的数据。中国科学技术大学龚雷等人开发出了用于从多路复用轨道角动量(OAM)信道中恢复散射数据的“散射矩阵辅助恢复技术”(SMART)。扭曲的多光束具有承载无限数据信道的潜力,但是大气中的微粒以及信道间能量传递引起的散射会降低数据质量。本文的SMART平台可传输高保真图像,与此前的报道相比,误码率降低了21倍。该技术的改进可以促进在恶劣大气条件或水下条件下的高质量光学数据传输。

Tunable terahertz on a chip scale

Lu Chen, Erin Sutton, Hyungwoo Lee, Jung-Woo Lee, Jianan Li and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 24(2019)

Published online 27 February 2019

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文章概要:芯片级可调谐太赫兹辐射

美国研究人员开发出一种纳米结结构,可以产生宽带可调谐的太赫兹辐射。介于微波上端和红外下端的太赫兹辐射可使原子和分子产生共振,从而揭示物质物理结构的有用信息。然而,太赫兹辐射是很难产生的。匹兹堡大学Jeremy Levy小组的陈璐等人用原子力显微镜在铝酸镧和钛酸锶之间形成了纳米结。通过将不同频率的激光照射到一个偏压的纳米结上可以产生高达100太赫兹的辐射。由于纳米结既能产生也能检测太赫兹辐射,因此它可以用来操纵和观察纳米级物体,例如:量子点或单个分子。

Microscopy: AI brings color to quantitative phase images of pathology samples

Yair Rivenson, Tairan Liu, Zhensong Wei, Yibo Zhang, Kevin de Haan and et al.

Citation: Light: Science & Applications 8, Article number: 23(2019)

Published online 06 February 2019

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文章概要:显微镜:人工智能为病理样本的定量相位图像带来颜色

将定量相位显微镜技术与经过训练的神经网络相结合,可以避免使用化学染色剂来可视化生物组织样本的成分。定量相位显微镜可通过分析光波与样品不同区域相互作用时的相位变化来揭示无标记样本的特征。美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Aydogan Ozcan和Yair Rivenson等人训练了一种神经网络,将人体皮肤、肾脏和肝脏的相位显微镜图像转换成与病理学中所使用的常规组织学染色技术获得的图像相匹配的图像。这种被作者称之为相位染色(PhaseStain)的虚拟染色方法可为生物学和医学组织样品提供更简单,更快速且成本更低的高质量分析。