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...

利用光学活性材料中的通用非局域色散进行光谱偏振计算成像

非局域色散在光学活性材料中的应用研究 研究背景与问题提出 近年来,科学家们在探索光与物质相互作用方面取得了显著进展,特别是在天然晶体中发现的双曲色散(hyperbolic dispersion)等新现象。然而,当前的研究主要集中在材料的局域光学响应上,这种响应由介电张量描述,且不包含空间色散效应。这意味着,传统研究通常局限于线性偏振特征的现象,而忽略了其他更为复杂的光学行为。例如,局域光学响应的时间色散可以通过Drude-Lorentz模型解释,但其强时间色散往往伴随着较大的光学损耗,这限制了可探索现象的范围。 为了克服这些局限性,研究人员开始关注非局域光学响应,特别是光学活性晶体(如α-石英)中的非局域效应。这类晶体具有螺旋对称性,能够展现出无损耗、超色散的特性,与传统光学响应函数相比具有...

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...