一种空间频率拼接超表面实现超容量完美矢量涡旋光束

超容量完美矢量涡旋光束的实现 研究背景与问题提出 光学涡旋(Optical Vortex)以其独特的轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)特性,在光学复用、粒子操控、成像、全息显示、光通信和光学加密等领域展现了巨大的应用潜力。然而,传统的涡旋光束通常采用全局相位调制方法生成,其拓扑荷(Topological Charge, TC)单一且强度分布均匀,限制了空间信息的进一步挖掘。此外,尽管已有研究尝试通过引入偏振等自由度增强信息容量,但局部空间强度信息仍未被充分探索。 为突破这一限制,清华大学深圳国际研究生院、香港理工大学、暨南大学等机构的研究团队提出了一种全新的“空频拼接超表面”(Spatial-Frequency Patching Metasurface)...

超快纳米光谱与成像技术及其在尖端显微镜中的应用综述

超快纳米光谱与成像技术的最新进展:基于探针显微镜的应用 研究背景 近年来,随着光学显微技术的飞速发展,科学家们对纳米尺度物理现象的理解取得了显著进步。然而,传统的远场光学显微技术受限于光学衍射极限,难以实现亚波长级别的空间分辨率。与此同时,量子材料、二维材料(2D Materials)、有机分子材料等新型材料的研究需求日益增加,这些材料中的光-物质相互作用往往发生在极短的时间尺度(飞秒至纳秒)和极小的空间尺度(纳米至埃级别)。因此,开发能够同时提供高空间分辨率和高时间分辨率的显微技术成为科学研究的关键。 为了突破传统光学显微技术的限制,扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscopy, SPM)逐渐崭露头角。特别是结合超快光学技术的SPM方法,如超快散射型近场光学显微镜(U...

基于非线性超表面的量子成像研究

量子成像技术新突破:基于非线性超表面的光子对生成与应用 研究背景与问题 近年来,量子成像技术因其在低光子通量、超越经典衍射极限分辨率和高安全性的潜在优势而备受关注。然而,传统的量子成像系统依赖于体块非线性晶体(如BBO或PPKTP),这些材料的厚度通常在毫米级别,导致其在横向动量匹配条件下的发射角度范围受限,从而限制了成像视场(Field of View, FOV)和分辨率。此外,传统晶体的可调性有限,难以实现多波长操作或快速光束扫描。 为了解决这些问题,研究人员将目光转向了超表面(metasurfaces)。超表面是一种亚波长厚度的平面光学器件,通过设计纳米结构可以增强和定制非线性光学过程。此前的研究已经证明,非线性超表面能够显著增强纠缠光子对的生成效率,并实现空间、偏振和光谱纠缠的精确调...

Carmine Encapsulation的光物理与非线性光学性质及其环境极性研究

Carmine Encapsulation 的光物理与非线性光学特性研究 背景介绍 非线性光学(Nonlinear Optical, NLO)材料近年来在激光技术、医学和生物医学成像等领域得到了广泛关注。这类材料因其独特的光学性质,如光学开关、光学限制和光学处理等,在光子学领域具有重要意义。其中,有机染料分子因其π-电子离域化特性表现出显著的非线性光学响应,成为研究热点之一。Carmine(胭脂红),一种从昆虫中提取的天然染料,因其良好的光物理特性和稳定性,被广泛应用于食品工业和艺术领域。然而,其在不同环境中的光物理行为及非线性光学特性尚未得到充分研究。 为了进一步探索Carmine在非线性光学领域的潜力,研究人员尝试通过微乳液封装技术改善其性能。这种技术能够将染料分子包裹在纳米级水滴中,从...

设备设计参数对太阳能电池量子效率的影响及复合机制的揭示

太阳能电池量子效率与复合机制的研究 学术背景 在太阳能电池研究领域,量子效率(Quantum Efficiency, QE)是衡量器件性能的核心指标之一。它反映了入射光子转化为电子-空穴对的效率,从而揭示了载流子收集过程和复合动力学的关键信息。然而,在实际应用中,由于材料缺陷、界面不匹配以及设计参数的影响,太阳能电池的量子效率往往难以达到理论极限。这些非理想因素导致的复合效应不仅限制了光电转换效率,还使得实验数据与理论模型之间的关系复杂化。 为了解决这一问题,来自印度多所高校的研究团队开展了深入研究,旨在通过数值模拟方法分析设计参数对量子效率的影响,并揭示其中的复合机制。他们的目标是建立一种系统化的分析框架,帮助研究人员诊断器件中的缺陷并优化其性能。这项研究的意义在于,它不仅有助于提升现有薄...

赤铁矿电子传输层界面优化以提升钙钛矿太阳能电池中的电荷传输效率

界面优化提升钙钛矿太阳能电池性能的研究 背景介绍 近年来,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)因其高功率转换效率(Power Conversion Efficiency, PCE)和相对较低的制造成本,成为第三代光伏技术中最具前景的候选者之一。然而,尽管PSCs在实验室条件下取得了显著进展,其商业化应用仍面临诸多挑战。其中,界面复合和器件稳定性问题尤为突出。这些问题主要源于钙钛矿材料本身对水分、氧气、热和紫外线的敏感性,以及电子传输层(Electron Transport Layer, ETL)与钙钛矿吸收层之间的不良接触。 为了解决上述问题,研究人员提出通过界面工程优化电子传输层与钙钛矿层之间的接触,从而减少界面复合损失并提高电荷传输效率。在此背景下...

基于石墨烯和六方氮化硼层堆叠的宽带高性能光学调制器

高性能宽带光学调制器的研究:基于石墨烯和六方氮化硼堆叠结构的创新设计 研究背景与问题提出 随着光通信技术的快速发展,电光调制器在现代电信系统中扮演着至关重要的角色。然而,如何在提高调制深度的同时降低插入损耗,一直是该领域面临的重大挑战。近年来,二维材料(如石墨烯、六方氮化硼 (h-BN) 和二硫化钼 (MoS₂))因其独特的光电特性而受到广泛关注。特别是石墨烯,由于其高载流子迁移率、可调节的光学性质以及与表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)的强相互作用,被认为是开发高性能光学调制器的理想材料。 尽管已有研究在基于石墨烯的光学调制器方面取得了一定进展,但这些器件往往存在调制深度不足或插入损耗过高的问题。此外,传统调制器的设计通常依赖于厚介质层,这...

通过分形分数阶算子进行混合Brinkman型流体在水平太阳能集热板上的传热能力分析

混合Brinkman型流体在水平太阳能集热板上的传热能力分析 研究背景与问题提出 随着全球对清洁能源需求的不断增长,太阳能作为一种可再生、清洁且低污染的能源,受到了广泛关注。然而,传统的太阳能集热器(如平板太阳能集热器)在吸收太阳辐射和转换热能方面存在效率瓶颈。为了解决这一问题,研究者们提出了使用纳米流体(nanofluids)作为工作流体的新方法。纳米流体是一种由纳米颗粒分散在基础流体(如水、乙二醇等)中形成的悬浮液,其热性能显著优于传统流体。尽管如此,单一类型的纳米流体仍存在局限性,因此近年来,混合纳米流体(hybrid nanofluids)逐渐成为研究热点。 混合纳米流体通过结合不同种类的纳米颗粒(如单壁碳纳米管SWCNTs和多壁碳纳米管MWCNTs),进一步提升了热导率和传热效率。...

多功能PVDF/Ni-Mn铁氧体纳米复合材料的介电与光电性能比较分析

研究背景 近年来,多铁性纳米复合材料因其在传感器、储能系统、换能器和执行器等领域的广泛应用而备受关注。这类材料结合了聚合物和陶瓷基质的优点,如轻质、易加工、耐腐蚀、高机械强度以及压电和磁电行为。聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)作为一种重要的聚合物,因其优异的介电常数、低反应性、高热塑性、柔韧性及透明性等特点,成为制备多铁性纳米复合材料的理想选择。 然而,PVDF具有多种晶相(α、β、γ 和 δ),其中α相是非极性的,而β相则因高度有序排列的负氟原子和正氢离子分别位于聚合物链两侧,表现出显著的压电、铁电和热电性能。因此,优化PVDF中β相的浓度对于提升其性能至关重要。此外,磁性纳米颗粒(如镍铁氧体和锰铁氧体)因其独特的磁性和介电特性也引起了广泛关注。将这...

多频段反射型超表面实现高效线性和圆极化转换

多频段反射型超表面实现高效线性和圆极化转换 研究背景与问题提出 在现代通信、雷达系统和遥感技术中,电磁波的极化控制是一项关键技术。通过操控电磁波的极化状态,可以优化信号传输质量、减少干扰并提升系统的整体性能。传统的极化转换设备通常体积庞大且效率有限,而近年来兴起的超表面(Metasurface)技术为解决这一问题提供了新的可能性。超表面是一种二维超材料,由亚波长尺度的“元原子”阵列组成,能够以纳米级精度调控光或电磁波的特性。 然而,尽管已有许多研究探讨了超表面在单频段或双频段内的极化转换能力,但如何设计一种能够在多个频段内同时实现高效线性-线性(LLP, Linear-to-Linear Polarization)和线性-圆极化(LCP, Linear-to-Circular Polariz...