微梳技术的跨学科进展:连接物理与信息技术

微梳技术的跨学科进展:连接物理与信息技术的桥梁 学术背景 光学频率梳(Optical Frequency Comb, OFC)是一种能够将光频域分割为一系列离散且等间距频率线的技术,广泛应用于精密测量、光通信、原子钟和量子信息等领域。然而,传统频率梳设备通常体积庞大且复杂,难以满足现代科学和技术对便携性和集成化的需求。近年来,微梳(Microcomb)技术因其紧凑性、高效率和多功能性而备受关注。微梳基于光学微腔中的非线性效应生成,能够在芯片级实现频率梳的功能,从而为多个领域带来革命性变化。 尽管微梳技术已取得显著进展,但其在材料选择、生成机制、功能优化以及实际应用中的潜力仍需进一步探索。为了系统总结微梳技术的最新进展并展望其未来发展方向,本文作者撰写了一篇综述文章,旨在从物理原理到实际应用全...

一种用于深层和广域成像的大视场、单细胞分辨率的双光子和三光子显微镜

一种用于深层和广域成像的大视场、单细胞分辨率的双光子和三光子显微镜

大视场、单细胞分辨率的双光子与三光子显微镜用于深层和广域成像 研究背景与问题提出 多光子显微技术(Multiphoton Microscopy, MPM)是深组织成像的强大工具,尤其在活体脑功能研究中具有不可替代的地位。然而,传统的双光子显微镜(Two-Photon Microscopy, 2PM)虽然能够实现较大的成像视场(Field of View, FOV),但其成像深度通常局限于浅层皮质区域,难以穿透到大脑的深层结构。而三光子显微镜(Three-Photon Microscopy, 3PM)尽管可以实现更深的成像,但由于热损伤限制了激光重复率,导致其视场较小且成像通量较低。因此,如何在保持高分辨率的同时实现大视场(Large Field of View, LFOV)和深层成像,成为多...

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...

基于多模干涉的光子晶体马赫-曾德尔干涉仪复用器的概念设计

研究背景与问题提出 随着现代光通信技术的快速发展,波分复用(WDM)系统在实现高容量、多功能光学网络中扮演着核心角色。其中,(解)交织器作为波长解复用结构的关键组件,能够高效分离多个波长信号,从而为网络设计提供更大的灵活性和更高的信道数量支持。然而,传统马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)的设计在输入和输出耦合器方面存在显著缺陷,特别是由于耦合器结构对波长的高度依赖性,导致其性能受到限制。此外,如何实现平坦的传输频谱和低串扰是当前研究中的重要挑战。 针对这些问题,来自伊朗沙希德·贝赫什蒂大学(Shahid Beheshti University)的研究团队提出了一种基于多模干涉(Multimode Interference, MMI)的新型光...

基于石墨烯的可编程双偶极子天线与寄生元件的设计与研究

基于石墨烯的可编程双偶极子天线与寄生元件的设计与研究

基于石墨烯的可编程双偶极天线 学术背景 太赫兹(THz)频段(0.1至10 THz)因其独特的特性,在无线通信、高分辨率成像和人体中心通信等领域中引起了广泛关注。然而,太赫兹波在大气中的传播损耗较大,导致短距离通信成为其主要缺点之一。此外,设计和制造适用于太赫兹应用的设备也面临挑战,尤其是信号源的增益和覆盖范围问题。尽管如此,亚太赫兹频段为下一代无线通信系统提供了前所未有的机会,包括理论数据速率超过100 Gbps的信道容量、天线几何形状的显著小型化以及更高的空间分辨率。 为了克服这些限制,可重构天线(RAs)成为无线通信研究中的热门话题。传统的可重构天线通常通过PIN二极管、微机电系统(MEMS)开关等实现,但这些技术不适用于太赫兹频段。石墨烯作为一种二维材料,因其可调表面电导率和与其它组...

高增益多频段圆极化双层超表面贴片阵列天线设计

高增益多频段圆极化双层超表面贴片阵列天线设计

高增益多频带圆极化双层超表面贴片阵列天线设计研究 学术背景与研究动机 太赫兹(Terahertz, THz)频段通信近年来因其在无线通信系统中扩展带宽的潜力而受到广泛关注。然而,太赫兹系统的应用面临诸多挑战,其中信号衰减和带宽不足是主要问题。为了解决这些问题,设计高性能天线成为关键。传统的微带天线虽然具有简单的设计,但其窄带宽和低增益限制了其在太赫兹频段的应用。此外,圆极化(Circular Polarization, CP)技术能够有效减少发射器和接收器之间的极化失配,从而提高通信质量。 为了应对上述挑战,研究人员提出了一种结合双馈贴片阵列天线和双层超表面(Metasurface)的新型设计。这种设计旨在实现高增益、多频带圆极化特性,并通过优化天线结构和材料选择来提升性能。本研究的目标是开...

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...

基于相干叠加和归一化分解的非对称光学密码系统与密钥共享

基于相干叠加和归一化分解的非对称光学密码系统 背景介绍 随着信息安全需求的不断增长,光学图像加密技术在过去三十年中引起了广泛关注。这种技术利用光的多种自由度(如振幅、相位、波长、偏振等)实现高速并行处理,为图像加密提供了独特的优势。然而,传统的光学加密方法存在一些局限性,例如“轮廓问题”(即部分原始信息可能在解密过程中泄露)、存储复杂值密文图像的需求增加以及多图像加密(Multiple Image Encryption, MIE)中的串扰噪声问题。 为了克服这些限制,Mohamed G. Abdelfattah等人提出了一种基于相干叠加和归一化分解的非对称光学密码系统。该研究旨在解决以下关键问题: 1. 轮廓问题:通过引入混沌随机幅度掩模(Chaotic Random Amplitude M...

WO₂I₂/聚邻氨基苯硫酚多孔球形纳米复合材料的制备及其在光探测器中的应用

WO₂I₂/聚邻氨基苯硫酚多孔球形纳米复合材料的制备及其在光电探测器中的应用 背景介绍 近年来,光电探测器因其在照明、航天技术等领域的广泛应用而备受关注。然而,传统金属氧化物基光电探测器常面临灵敏度低、光谱响应范围有限等问题。例如,ZnO/Cu₂O 和 Se/TiO₂ 等材料的研究表明,其光响应主要集中在紫外光区域,且光响应度(R)通常低于 0.001 mA/W。此外,聚合物材料如 P3HT 和 PBbTPD:tri-PC61BM 尽管具有良好的导电性和低成本优势,但其光响应度仍较低(约 0.01 mA/W)。因此,开发一种兼具高灵敏度、宽光谱响应和低成本特性的新型光电探测器材料成为研究热点。 在此背景下,Fatemah H. Alkallas 等人提出了一种基于 WO₂I₂/聚邻氨基苯硫酚...