第十九屆全國基礎光學與光物理學術討論會會議論文摘要集

前 言

由中國光學學會基礎光學專業(yè)委員會與中國物理學會光物理專業(yè)委員會共同主辦、東北師范大學承辦的“第十九屆全國基礎光學與光物理學術討論會”于2020 年12 月19-21 日在吉林長春舉行。中國光學學會理事長龔旗煌院士參加會議并致開幕辭,會議吸引了來自國內大專院校、科研院所、科技期刊等30 多個單位的150 余位專家學者和研究生代表。研討會上共有口頭報告和墻報近80 個,其中包括5 個大會邀請報告和26 個分會邀請報告,充分展示了國內基礎光學領域的最新進展和未來發(fā)展趨勢。這里報道的是提交大會的部分報告的摘要。

自發(fā)對稱性破缺微腔激光

曹啟韜, 肖云峰

(北京大學物理學院, 北京 100871)

高性能的相干光源是基礎光物理研究和集成光子學應用的關鍵之一。近年來,具有超高品質因子的回音壁微腔已經成為研究各種新型高效光源的重要平臺。然而,其存在的固有手征對稱性導致腔中激光場通常是等強度相向傳輸的,嚴重阻礙了諸多光子學器件應用的發(fā)展。

為此,我們將之前工作中證明的微腔光場自發(fā)對稱破缺機制引入到增益微腔,實現了方向可重構的自發(fā)手征對稱破缺拉曼激光。首先在完全對稱的回音壁微腔系統(tǒng)中獲得低閾值拉曼激光。在光學克爾效應的作用下,當滿足特定相位的拉曼激光場強度達到破缺閾值時,拉曼激光場的手征對稱態(tài)發(fā)生失穩(wěn),光場會自發(fā)地進入順時針或逆時針單向傳輸的手征狀態(tài);實驗獲得的兩個方向激光強度之比可超過160:1。進一步通過控制雙向泵浦光強度比例實現了自發(fā)手征激光方向性的動態(tài)切換。這種自發(fā)對稱破缺激光同時結合了激光增益動力學和自發(fā)對稱破缺機制,為方向可重構的微腔相干光源提供了新方案,并且可以進一步拓展到其他材料和不同的激光過程中。

拓撲光子晶體微腔中的Purcell效應與低閾值激光

許秀來

( 中國科學院物理研究所, 北京 100190)

拓撲光學由于具有對微擾、缺陷等的魯棒性得到了廣泛的關注和研究,并在單向波導和拓撲激光等方面具有潛在的應用前景。在高階拓撲絕緣體上存在的零維拓撲角態(tài)為縮小拓撲光學的應用尺寸提供了可能,對納米尺度的拓撲光學器件發(fā)展具有重要意義。同時這種拓撲角態(tài)也為研究腔量子電動力學提供了一個新的平臺。

我們利用二階拓撲光子晶體上的拓撲角態(tài)實現了低閾值的拓撲激光,并通過與單量子點集成實現了單量子點與拓撲角態(tài)的弱耦合?；谕負浣菓B(tài)設計并優(yōu)化了二維拓撲光子晶體微腔,它具有高品質因子和低模式體積。在實驗上,一方面利用具有高點密度的量子點作為增益,實現了低閾值的拓撲激光,其閾值約為1 μW,比目前利用拓撲邊界態(tài)的拓撲激光小3 個數量級,為納米拓撲光學器件的發(fā)展和片上集成奠定了基礎。另一方面,將拓撲微腔與低點密度的量子點集成,觀測到單量子點共振時熒光強度增強了約4 倍,同時通過測量熒光壽命觀測到了自發(fā)輻射速率約1.3 倍的增強,從而證實了單量子點與拓撲角態(tài)的弱耦合,為研究拓撲量子光學界面打下了基礎。

混沌光學微腔動力學研究

陳立坤, 肖云峰

(北京大學, 北京 100871)

光學微腔可以將光子長時間局域在很小的空間內,極大地增強了光和物質的相互作用,是光物理基礎與前沿應用的重要平臺之一,已被廣泛應用于弱光非線性、強耦合腔量子電動力學和光聲相互作用等物理過程,以及微納尺度激光、高靈敏生化傳感和精密測量等應用研究。近年來,非對稱光學微腔通過打破傳統(tǒng)回音壁微腔的旋轉對稱性,獲得了混沌光場,為操控光子行為提供了新的途徑,成為研究混沌和非厄密動力學的重要工具。混沌微腔中光子輸運具有豐富的動力學行為,以混沌輔助隧穿和共振輔助隧穿為代表引起了廣泛的理論研究,但一直以來缺乏實驗上的實驗探測。

本工作利用射線模型和波動仿真揭示了光場在混沌微腔中存在著兩個絕然不同且對初值極其敏感的演化路徑。進一步的研究表明,根據位置-角動量相空間具體結構的不同,光子在微腔中可以沿著混沌動力學和規(guī)則-混沌動力學兩條路徑或者純混沌和流型調控兩條路徑,由波導模式演化為高品質因子回音壁模式。其中,動力學隧穿過程連接了相空間中的不同結構,為模式間耦合提供了物理通道。在實驗中,通過微腔-光纖耦合體系中巧妙的改變入射光場的角動量和空間角方位,精確調控了相空間中的激發(fā)初態(tài),使得光場可以分別在混沌區(qū)域和規(guī)則區(qū)域中被激發(fā)。同時利用測量透射譜的變化并統(tǒng)計模式耦合效率的規(guī)律,揭示出不同演化路徑的顯著差異,證明了混沌光場演化過程會受規(guī)則模式的調控,與理論上預測一致。

基于單個光學微腔中頻率維度上的反PT對稱系統(tǒng)

萬文杰, 張方醒

(上海交通大學, 上海 200230)

近年來,尤其是當人們意識到滿足宇稱時間(PT)對稱性和反PT 對稱性的系統(tǒng)具有著類似于厄米系統(tǒng)的實本征值后,對于非厄米體系統(tǒng)的研究不斷取得進展,并揭示了厄米體以外豐富的物理現象。迄今為止,上述對稱系統(tǒng)的實現僅限于幾何維度上的線性耦合系統(tǒng),如耦合諧振腔(一維)、耦合波導(二維)等。實際上在更低幾何維度的系統(tǒng)中同樣可以實現較高維度的物理光學研究,其基本思想就是構建耦合系統(tǒng),并將合成維度與幾何維度相結合,形成更高維度的合成空間。光學微腔自然地支持不同頻率的模式,不同模式之間又可以通過動態(tài)調制或光學非線性手段進行耦合,因此頻率是微腔中合成維度的重要方法。在回音壁微腔中,就有利用簡并四波混頻系統(tǒng),將閑頻模式和信頻模式耦合,并基于此觀測到光致透明現象的先例。

我們利用光學微腔中的兩個不同頻率的光學模式代替現有的空間奇偶勢場,通過布里淵增強四波混頻系統(tǒng)中的非線性合成一個附加的頻域,進而從理論上建立了一個合成光譜維度上的反PT 的對稱性系統(tǒng)。與以往對原始PT 對稱性和反PT 對稱性的探索不同,通過非線性頻率轉換耦合同一個微腔中的兩個光譜分離的光模式,并不需要在空間PT 情況下有第二個微腔。這兩種非線性耦合模式相互影響,在實驗觀測到的透射譜中,產生了與原子物理學中的對應共振模式類似的布里淵散射致感應透明(BSIT)或吸收(BSIA)現象。此外,通過使用專門為這個框架開發(fā)的調諧技術,研究人員獲得了探測光的經過系統(tǒng)后的譜線,并在理論上的EP 點附近觀察到了非厄米相變。這一工作為物理學中兩個新興領域的結合開辟了一個新的前沿,即合成維度物理和基于PT/反PT 對稱的非厄米系統(tǒng)。

光子學中合成頻率維度空間的研究

袁璐琦

(上海交通大學物理與天文學院, 上海 200240)

研究了動態(tài)調制下光學諧振腔系統(tǒng),并將光的頻率自由度主動耦合在一起,構建了人工合成頻率維度。在結合該頻率維度的合成空間中,通過動態(tài)調制,可以產生作用于光子的等效規(guī)范場,從而能夠實現包括拓撲邊界態(tài)等一系列物理現象。此外,發(fā)現可以結合光的兩個獨立的自由度,在單個光學諧振腔中搭建二維空間,并實現等效磁流。從理論出發(fā),研究了合成空間中的各類光學效應;在實驗上對人工合成頻率維度進行了驗證,并在單個光學腔中搭建了兩個獨立合成維度。發(fā)現合成維度不僅能使人們在空間上操控光子,更能在合成維度上控制光子在其自由度上的轉換。此外,合成頻率維度概念也為在簡單光學結構中去研究復雜物理現象提供了新思路。

受激拉曼散射中雙諧波泵浦級聯寬帶輻射研究

王沖, 王瑩, 孫成林, 門志偉

(吉林大學, 長春 130012)

受激拉曼散射過程中通過注入斯托克斯光產生高階斯托克斯和反斯托克斯光輻射。此過程可用于有效生成由幾個等距光譜組成的可調光譜拉曼梳線。本實驗是Nd:YAG 激光器作為激勵源發(fā)射出532 nm 波長激光,通過小孔光闌,透鏡聚焦光束至樣品池,輸出的激光經過二向色鏡并由探測器接收信號。本研究著重于以下幾個方面: 1)多階級聯斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射的閾值;2)單樣品池和雙樣品池的能量轉換效率;3)各階斯托克斯和反斯托克斯的脈寬壓縮。當僅有泵浦光注入單樣品池時,得到具有五階斯托克斯和三階反斯托克斯拉曼峰;而在泵浦激光和斯托克斯光經過第二個樣品池時,獲得了六階斯托克斯和反斯托克斯峰值的分布。發(fā)現單樣品池相比雙樣品池中出現拉曼峰所需要的激光能量閾值要大。苯環(huán)CC 三階振動與CH 一階伸縮振動頻移相似,產生激發(fā)態(tài)能量耦合及傳遞,此雙諧波作為泵浦源又產生了高頻雙受激峰的出現。當泵浦光與斯托克斯光形成四波混頻時,將產生相應的反斯托克斯峰。當使用裝有相同介質的雙樣品池作為受激拉曼系統(tǒng)時,可以實現雙諧波的最精確重合。這也就解釋了單樣品池和雙樣品池受激拉曼散射閾值不同的原因。此研究提供了一個簡單且適用的方法來獲得可見光范圍內的寬譜帶激光輸出。

內部分束光柵壓縮器與超強超短激光時域參數單發(fā)測量

劉軍, 申雄, 王鵬, 李儒新

(中國科學院上海光學精密機械研究所, 上海 201800)

超強超短激光可為人類在實驗室創(chuàng)造出極端物理條件,在實驗室天體物理、真空物理等前沿科學研究中有重要應用。本文主要報道近年來圍繞10 ～100 PW 激光裝置的需要,在超強激光的對比度單發(fā)測量、脈沖形狀寬度測量、高對比度種子脈沖產生,以及光柵壓縮器設計等多個重要方面進行的創(chuàng)新研究及成果。比如,團隊提出了“四階相關儀”嶄新方法,國際首次實現同時最高動態(tài)范圍1011(目前可達1012)和同時高時間分辨160 fs 對比度單發(fā)測量,解決了對比度單發(fā)測量的國際難題。國際上100 PW 都是通過組束方案來實現,為了降低組束難度,并解決大光柵損傷與質量的難題,創(chuàng)新性提出了“內部分束光柵壓縮器”的壓縮組束新方案,簡化了裝置,節(jié)省了成本,降低了大光柵波前質量要求,并大大降低了組束難度?；赥G-SRSI 飛秒脈沖形狀寬度測量新方法,研制的直筒傻瓜式、全反射式和組合式飛秒脈沖測量儀,具有比現有商用儀器更好的性能。

變換光學波導陣列中類比引力的研究

盛沖, 劉輝, 祝世寧

(南京大學物理學院, 南京 210093)

近年來,超構材料迎來了極為快速的發(fā)展,其具有將光和電磁輻射耦合到亞波長尺度的能力,滿足了高速發(fā)展的現代科學技術對光學元器件的高性能、微型化以及集成化的新要求?；诔瑯嫴牧系墓庾有酒瑤砗芏嗔钊斯奈璧膽谩Ａ硪环矫?超構材料光子芯片還可以用來模擬一些廣義相對論的現象,尤其是探索一些尚未被實驗證實的與引力相關的現象。簡要介紹了不同類型的超構材料芯片上模擬的類比引力的現象,著重介紹變換光學波導陣列這種光子芯片模擬研究黑洞附近玻色子和費米子的量子演化,以及糾纏光子對在黑洞視界附近由于量子干涉而出現的光學逃逸現象,進一步研究了糾纏光子對在黑洞視界附近糾纏熵衰減的現象。

金屬超構表面的角分辨熱輻射研究

劉輝, 仲帆, 祝世寧

(南京大學物理學院, 南京 210093;東南大學物理學院, 南京 211189)

近年來,對于熱輻射調控的研究吸引了眾多研究者投入其中,特別是其潛在提高能源利用效率、實現低成本高效的散熱等方面有著巨大的應用前景。對此,我們近期通過設計金屬超構表面實現了對熱輻射的調控。利用傅里葉紅外光譜儀搭建了角分辨熱輻射測量系統(tǒng),其無須額外信號源的特點使得我們可以方便地測量所設計的金屬超構表面對熱輻射信號的調控,并且這一系統(tǒng)在測量能量動量關系時有著很高的可靠性與角分辨度,使得金屬超構表面的本征特性可以被清晰地表征。通過此系統(tǒng),可以表征金屬超表面周期單元結構的拓撲性質以及其在開放系統(tǒng)導致的非厄米系統(tǒng)中的內在本征模式。在金屬超構表面設計中,利用鍺、金、鍺三層金屬組成褶皺型平板結構,通過研究這一單元結構中的偏振波導模式的對稱性差異,確定其拓撲性質,解釋了模場對稱性與遠場熱輻射強度的關系,實現連續(xù)體中的束縛態(tài)。利用不同的結構單元構成超晶格實現了熱輻射體系中的拓撲界面態(tài)。在測試的金屬超構表面單元結構中,可以通過精確調整結構的參數,連續(xù)看到拓撲性質的變化與能帶的翻轉即束縛態(tài)與輻射態(tài)位置的互換,展示了一個動態(tài)連續(xù)調控的過程。

Orbital-angular-momentum-based experimental test of Hardy’s paradox for multisetting and multidimensional systems

ZHANG Dongkai

(Xiamen University, Xiamen 361005, China)

Characterizing high-dimensional entangled states is of crucial importance in quantum information science and technology.Recent theoretical progress has been made to extend the Hardy’s paradox into a general scenario with multisetting multidimensional systems,which can surpass the bound limited by the original version.Hitherto,no experimental verification has been conducted to verify such a Hardy’s paradox,as most of previous experimental efforts were restricted to two-dimensional systems.Here,based on two-photon high-dimensional orbital angular momentum(OAM)entanglement, we report the first experiment to demonstrate the Hardy′s paradox for multiple settings and multiple outcomes.We demonstrate experimentally the paradox for two-setting higherdimensional OAM subspaces up tod= 7, which reveals that the nonlocal events increase with the dimension.Furthermore, we showcase the nonlocality with an experimentally recording probability of 36.77%for five-setting three-dimensional OAM subspace via entanglement concentration,and thus showing a sharper contradiction between quantum mechanics and classical theory.

基于超高階導模直接觀測光的自旋霍爾效應

戴海浪, 曹莊琪, 陳險峰

(上海交通大學, 上海 200240)

當不同波矢組成的平面波的波包進入一個折射率在變化的空間時,不同波矢組成的平面波經歷不同的幾何相位,從而影響空間剖面而在橫向上發(fā)生分離的現象即為光子的自旋霍爾效應。其中,在橫向上的分離的距離就是Imbert-Fedorov(IF)位移。因此,評判光子自旋霍爾效應強弱的另一種描述就是在橫向上左旋光子和右旋光子分離的距離IF 位移的大小。同時,IF 位移也是評判光子進入結構之后自旋-軌道角動量相互作用強弱的依據,所以一個可直接觀測的超大IF 位移對于將光子自旋霍爾效應應用到生物分子結構的檢測以及左手材料的檢測是一項很重要的應用。然而,由于自旋-軌道相互作用的強度很弱,導致產生的IF 基本都是在亞波長量級,因此很難在實驗上直接觀測到左旋光和右旋光的橫向分離。本工作利用雙折射晶體金屬覆蓋波導在小角度激發(fā)超高階導模理論分析IF 位移的決定性因子,以及實現放大IF 位移的機制。并通過實驗驗證了該理論實現超強的“自旋-軌道”相互作用的機制,實現了可視化IF 位移,最終實現了0.16 mm 大小的IF位移。

Atomic receiver based on microwave-dressed Rydberg spectroscopy

HU Ying

(Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

Highly sensitive phase- and frequency-resolved detection of microwave electric fields is of central importance in a wide range of fields,including cosmology,meteorology,communication and microwave quantum technology.Atom-based electrometers promise traceable standards for microwave electrometry, but their best sensitivity is currently limited to a few μV/cm per square root hertz and they only yield information about the field amplitude and polarization.Here, we demonstrate a conceptually new microwave electric field sensor-the Rydberg-atom superheterodyne receiver.The sensitivity of this technique scales favourably,achieving even 55 nV/cm per square root hertz with a modest set-up.The minimum detectable field of 780 pV/cm is three orders of magnitude smaller than what can be reached by existing atomic electrometers.The Rydberg-atom superhet allows SI-traceable measurements, reaching uncertainty levels of 10-8V/cm when measuring a sub-μV/cm field, which has been inaccessible so far with atomic sensors.Our method also enables phase and frequency detection.In sensing Doppler frequencies,sub-μHz precision is reached for fields of a few hundred nV/cm.This work is a first step towards realizing electromagnetic-wave quantum sensors with quantum projection noise-limited sensitivity.Such a device will impact diverse areas like radio astronomy,radar technology and metrology.

Hong-Ou-Mandel interferometry on a biphoton beat note

CHEN Yuanyuan

(Xiamen University, Xiamen 361005, China)

Hong-Ou-Mandel interference, the fact that identical photons that arrive simultaneously on different input ports of a beam splitter bunch into a common output port,can be used to measure optical delays between different paths.It is generally assumed that great precision in the measurement requires that photons contain many frequencies,i.e.,a large bandwidth.Here we challenge this“well-known”assumption and show that the use of two well-separated frequencies embedded in a quantum entangled state(discrete color entanglement)suffices to achieve great precision.We determine optimum working points using a Fisher Information analysis and demonstrate the experimental feasibility of this approach by detecting thermally-induced delays in an optical fiber.These results may significantly facilitate the use of quantum interference for quantum sensing,by avoiding some stringent conditions such as the requirement for large bandwidth signals.

量子非線性邁克爾遜干涉儀

楊琛

(中國科學技術大學, 安徽 合肥 230026)

干涉儀是科學研究和實際應用中的重要測量工具。介紹了一種基于二階準相位匹配晶體自發(fā)參量下轉換效應的非線性干涉儀。這種特殊的干涉儀利用了光子的關聯性,使得通過待測樣品的光子和被探測器探測的光子能夠處于不同波段,即可以實現通過測量可見光子來推測樣品的紅外光學性質。本文先給出該干涉儀的理論模型,再報道一種具有邁克爾遜結構的非線性干涉儀的實驗研究,包括等傾干涉和等厚干涉實驗,驗證了該干涉儀在實際測量應用中的可行性。

基于Dual-EIT效應在室溫原子氣室中實現四通道非線性非互易系統(tǒng)

胡耀東, 許宏荊, 賀炎炎, 張俊香

(浙江大學物理學系, 浙江 杭州 310007)

在非磁性線性介質中,由于麥克斯韋方程滿足洛倫茲互易性,系統(tǒng)的前后向傳輸特性往往一致。當通過內部/外部引入非對稱偏置后,這種互異性會被打破,從而導致時間反演對稱性破缺。這樣的非互易系統(tǒng)的優(yōu)勢在于構建了透射特性的方向性。分別從理論和實驗兩方面介紹一種室溫環(huán)境下利用銫原子氣室實現四通道同步增益的非互易系統(tǒng),其基于能夠產生群速度匹配的關聯雙通道的Dual-EIT 效應以及光學混頻非線性效應。實驗系統(tǒng)中,由于強耦合場的單向傳輸,使得時間反演奇變換的波矢的空間對稱性被破壞,從而打破時間反演對稱,波矢的非對稱性直接破壞了對向傳輸系統(tǒng)基于熱原子多普勒失諧的DEIT 結構的量子相干性以及多波混頻系統(tǒng)的能量轉移匹配條件,從而構建了單向多通道增益系統(tǒng)。實驗上利用該系統(tǒng)得以實現最高正向30 dB 增益以及反向-23 dB 的抑制。系統(tǒng)的增益幅值與光場可調參數如耦合光Rabi 頻率,失諧值以及溫度等緊密相關,特殊的選取得以構建增益損耗平衡系統(tǒng),這同時為原子系統(tǒng)實現PT 對稱/反對稱結構提供了新的方案。

基于間隙等離激元-偶極子體系的手性耦合珀塞爾增強及單向傳輸

單凌霄, 張帆, 任娟娟, 張淇, 龔旗煌, 古英

(北京大學物理學院, 北京 100871)

手性耦合是一種光的自旋軌道耦合現象,它在圓偏振偶極子與倏逝波耦合的情況下產生。此時,圓偏振偶極子激發(fā)單向傳播的倏逝波,且單向傳播方向與激發(fā)光偏振“鎖定”。這種單向傳輸特性使其在非互易器件的研究中引起諸多討論。但是手性耦合中的珀塞爾增強還較少被研究。而這有利于實現強度更高的單向光子輸出,為單光子源和納米激光邁向實際應用提供可能。

我們利用間隙等離激元-偶極子體系構建了一個強烈局域的納米間隙。在數值計算中,整個體系同時具有好的單向傳輸特性以及很大的珀塞爾增強:傳輸單向性可達91%,間隙中的圓偏振偶極子得到了104倍以上的珀塞爾增強,經納米線收集的輻射功率相比偶極子的真空輻射增強了500 倍。并且,單向傳輸的方向可以通過金屬環(huán)的模式來調控。

基于間隙表面等離激元的高保真度量子門研究

張淇, 郝赫, 任娟娟, 張帆, 龔旗煌, 古英

(北京大學物理學院, 北京 100871)

在微納光子結構中實現量子門,將極大地推動芯片上量子器件的小型化和集成化。表面等離激元以超小模式體積和超強的局域場而廣受關注,在調控珀塞爾效應和增強光與原子相互作用等方面有著廣泛的應用。然而,在強耦合的表面等離激元納米腔中實現高保真度的量子相位門尚未被提出。在此,基于金屬納米錐-金屬納米線結構,我們從理論上提出了種量子相位門,可以同時實現納米尺度上的任意相位調控和有效光子收集。該模型引入了增益介質,有效地減小了納米腔的損耗,使量子門的保真度提升至88.8%,同時,輻射的光子可以通過金屬納米線引導和收集,收集效率超過30%,有利于量子器件間的連接。該系統(tǒng)可作為通用量子節(jié)點來處理和存儲量子信息,為芯片上的多功能量子門和新型量子線路的物理實現帶來了希望。

A spatially pinned surface plasmon through short-circuiting electronic oscillation in waveguide-sustained SPPs

FU Yulan, ZHANG Xiaochen, WANG Meng, ZHANG Xinping

(Institute of Information Photonics Technology and Faculty of Science,Beijing University of Technology,Beijing 100124, China)

Surface plasmons (SPs) exhibit unique characteristics due to participation of the conduction electrons within the metal and have been widely used in nanophotonic and optoelectric devices.SPs are often categorized into two types: Localized surface plasmons(LSPs)confined to subwavelength metallic objects and surface plasmon polaritons(SPP)propagating along metal-dielectric interfaces.The coupling between LSP and SPP has been studied in-depth in hybrid systems consisting of metal nanoparticles above a thin metal film.

In this work, we present a spatially pinned plasmonic nanostructure composed of a gold nanoshell grating and a planar gold film and examine the coupling between the LSPs on each individual grating line and the SPP-Bloch wave propagating along the gold nanolayers.A gold nanoloop was formed in the pinned plasmonic nanostructure and the short-circuited electronic oscillation in the nanoloop gave rise to a new hybrid plasmon.As a comparison, a Poly(methyl methacrylate) (PMMA) spacer layer was inserted between the nanoshell grating and the planar gold film to adjust the coupling between the LSPs and the SPP-Bloch wave.TA spectroscopic investigations revealed characteristics of the spatially pinned hybrid nanostructure,indicating that the relaxation dynamics of the plasmonic electron oscillation was dramatically modified after being pinned with the lifetime of electron-phonon scattering extended from 2.76 to 5.56 ps.Furthermore, a holding time as large as 1.3 ps in the electron relaxation process was observed with the PMMA-spacered structure, which was sustained by the distributed feedback (DFB) microcavities aided by the PMMA waveguide layer and vanished in the pinned structures due to the blocking of the propagation channels of the SPP waves.

區(qū)域液晶面外定向技術及其在光場調控中的應用

王鈺, 李曉榮, 高少華, 楊東浩, 王佳藝, 崔慧林, Chemingui M, 張心正, 許京軍

(南開大學物理科學學院弱光非線性光子學教育部重點實驗室, 天津 300071)

通過對入射光波相位、振幅、偏振、頻譜和相干性等的控制可以調控光場的分布和傳輸,在科學研究和實際應用方面都具有重要的價值。簡單高效、成本低廉地實現對光場的有效調控已經成為光場調控領域亟需解決的課題之一。提出了一種新型的區(qū)域液晶面外取向技術,基于飛秒多光子光聚合激光直寫制備出由聚合物條帶構成的微結構,將其制成液晶盒,并充入不同種類的液晶,即可實現電光開關、磁光開關、光場調控等功能。制作了不同參數的液晶q 波片,分別產生了軸對稱矢量光、渦旋光和矢量渦旋光,此液晶器件具有電調諧和寬波段適用的特點。當以圓偏光入射時,通過調節(jié)液晶q 波片兩端的電壓,可以實現渦旋光場、矢量渦旋光場和標量光場之間的轉換。設計了聚合物-手性液晶復合體系,研究了聚合物條帶間距對缺陷模式耦合的影響及禁帶中迷你能帶的形成。在一維周期聚合物條帶結構中填充鐵磁性向列相液晶,通過外加磁場即可對液晶分子的取向進行調控,此方法對實現非接觸式的可調控衍射光學器件或其它液晶功能性器件具有重要意義。

里德堡阻塞效應下集體激發(fā)的同相與反相控制及糾纏研究

白文杰, 韓海燕, 陳麗, 嚴冬

(長春大學理學院, 吉林 長春 130022)

基于里德堡偶極阻塞效應的同相與反相控制研究具有非常重要的意義。在激光場作用下,嚴格的偶極阻塞區(qū)域中具有空間分離的兩個冷原子系綜,既可以看作是一個大的超級原子,也可以看作是兩個相互關聯的較小超級原子。將其中一個設置為控制超級原子,另一個為目標超級原子,以此為基礎研究兩個超級原子的集體激發(fā)同相和反相行為以及糾纏性質。結果表明,初態(tài)均為基態(tài),即ψ(0) = |Gc〉|Gt〉,等大(包含相等的原子數)的兩個超級原子可以實現精確的同相激發(fā),同時可以制備出集體態(tài)的最大糾纏態(tài)而不等大的兩個超級原子,當原子數目差為1 時,可以實現近似的同相控制,并且隨著超級原子包含的原子數目增大,這種差異就變得微不足道,即對數目大的超級原子,可以實現同相控制和集體態(tài)的最大糾纏制備。當初態(tài)為ψ(0) = |Rc〉|Gt〉(ψ(0) = |Gc〉|Rt〉),即控制超級原子(目標超級原子)激發(fā),而目標超級原子(控制超級原子)處于基態(tài)的時候,可以實現反相控制。

超導腔中薛定諤貓態(tài)的制備與調控研究

孫風瀟, 何瓊毅, 龔旗煌

(北京大學, 北京 100871)

薛定諤貓態(tài)是一種典型的宏觀量子疊加態(tài),實現對薛定諤貓態(tài)的制備與調控不僅有利于探索量子力學基本問題,而且對于實現量子通信、量子計算和量子精密測量等方面都有著重要的意義。在最近的實驗中,人們在超導腔系統(tǒng)中實現了弱相干的瞬態(tài)薛定諤貓態(tài)。為了進一步闡明非線性相互作用對于薛定諤貓態(tài)制備與調控的影響,實現大粒子數、強相干性薛定諤貓態(tài)的制備與調控,我們對超導腔模式的基態(tài)性質進行了深入研究,給出了超導腔模式的相圖以及實現簡并基態(tài)的參數范圍。在此基礎上,通過分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)在強非線性相互作用極限下的性質,給出了增強穩(wěn)態(tài)薛定諤貓態(tài)的純度與量子相干性的條件,闡釋了單光子耗散對于穩(wěn)態(tài)薛定諤貓態(tài)的破壞性。為了克服穩(wěn)態(tài)下薛定諤貓態(tài)純度低、相干性弱的缺點,詳細分析了超導腔系統(tǒng)中非線性性質對于瞬態(tài)薛定諤貓態(tài)性質的影響,并基于目前可實現的實驗條件,提出了制備大粒子數、強相干性瞬態(tài)薛定諤貓態(tài)的方案。研究了超導腔模式簡并基態(tài)間的量子隧穿性質,發(fā)現可通過系統(tǒng)失諧以及非線性相互作用來調控量子隧穿,為進一步實現薛定諤貓態(tài)的量子調控、優(yōu)化量子計算及量子神經網絡提供了新思路。

超低激發(fā)閾值柔性二氧化釩太赫茲波調制器

馬赫, 王鈺, 張新平

(北京工業(yè)大學, 北京 100124)

由于具有多激勵、寬譜響應、插入損耗小和響應速度快等優(yōu)勢,VO2是一種理想的THz 波主動調制材料。但是,由于傳統(tǒng)半導體基底存在缺乏柔性、熱容大、熱導率低和不導電等問題,在硬質基底上難以實現高性能VO2基THz 波主動調制器件。為解決上述問題,申請人將VO2生長在順排CNT 薄膜上。順排CNT 薄膜具有沿CNT 軸向有序排列的特性。當THz 波偏振方向與CNT 方向平行時,順排CNT 薄膜對THz 波強烈吸收。當THz 波偏振方向與CNT 方向垂直時,順排CNT 薄膜對THz 波透過率較高。因此,當THz 波偏振方向與CNT 方向垂直時,VO2/CNT 薄膜可作為THz 波強度調制器。利用VO2相變和CNT 高吸光、低熱容的協(xié)同效應,VO2/CNT 薄膜THz 波強度調制器具有消光比高、激發(fā)閾值低和響應速度快的優(yōu)勢。值得一提的是,該THz 波強度調制器的激發(fā)閾值僅為前人報道VO2基THz 主動調制器激發(fā)閾值的4%。另外,由于VO2/CNT 薄膜中CNT 薄膜的高度有序性,VO2/CNT 薄膜起到偏振片的作用,因此具有多功能性。另外,為了展示其應用,利用VO2/CNT 薄膜對THz 成像進行了主動調控。

光場調控在強場物理中的應用

劉運全

(北京大學物理學院人工微結構和介觀物理國家重點實驗室, 北京 100871)

隨著超短脈沖激光技術的發(fā)展,尤其基于啁啾脈沖放大技術,飛秒激光的脈沖寬度越來越短,實驗室已經可以產生脈沖寬度達到極限單周期量級的飛秒激光,強度也越來越強,聚焦的激光電場強度可以遠超過原子內部場強109V/cm。因此超短脈沖激光與物質相互作用,是一種高度非線性過程。通過激光脈沖整形及相干控制是超短脈沖激光應用一個非常有效的手段,也是超快光科學最重要的前沿研究之一。激光脈沖的控制,從最早的改變激光脈沖的單個參數,比如調節(jié)波長或啁啾等,發(fā)展到了包括脈沖形狀、初始位相、偏振等多個新參數改變來調制激光脈沖。通過對激光脈沖的這些參數的控制,會帶來其時域分布、相位、偏振等性質的改變。開展光場的時域、空域調控及其與物質相互作用,將促進發(fā)現新效應和新現象、催生新技術和新應用,進一步深刻理解“光”的性質、挖掘激光潛能和拓展激光應用。基于時域脈沖整形,我們構建了幾種阿秒鐘,對強激光場隧道電離過程進行了深入研究。

結合光電子成像技術,我們最近開展了光場調控對強激光場中光子自旋軌道相互作用的研究。實驗結果直接證明了結構光場發(fā)生了軌道自旋轉化,轉化得到的自旋角動量通過光電子動量得到了非常直觀的體現。實現強激光場光子軌道角動量-自旋角動量的轉換,可以廣泛應用于產生具有高軌道態(tài)、自旋態(tài)可控的極紫外光子束和電子束等。

金屬襯底波導中單光子輻射場的操控研究

陳建軍

(1 北京師范大學物理學系,應用光學北京市重點實驗室, 北京 100875;2 北京大學物理學院,人工微結構和介觀物理國家重點實驗室, 北京 100871;3 山西大學極端光學協(xié)同創(chuàng)新中心, 山西 太原 030006)

單光子發(fā)射體是按需確定性產生單個光子,這些光子具有明確的偏振以及時空模式,并且在同一模式中有且只有一個光子的發(fā)射體。近些年來人們開發(fā)大量的類原子單光子發(fā)射體,但是性能依然有待提高,比如單光子產生速率小,收集效率低,偏振態(tài)隨機等。金屬結構支持的表面等離激元具有突破衍射極限的場束縛特性和巨大的場增強效應,非常適合操控單光子發(fā)射體的輻射場。近年來,利用金屬表面等離激元結構來操控單光子發(fā)射體輻射場得到大量的關注。我們基于金屬襯底上的表面等離激元波導結構,提出利用結構的對稱性操控單光子發(fā)射體輻射場面外輻射光斑形狀分布和偏振性質;提出在金屬襯底和介質條中間插入厚度可控的納米介質膜來控制量子點的垂直位置,從而進一步增強波導中單光子發(fā)射體的自發(fā)輻射速率;利用金屬襯底波導的低損耗和模式不截止特性,在波導-狹縫結構中實現了超亮單光子發(fā)射體和高效的單光子面內引導。

高品質鈮酸鋰微腔中的非線性光學新效應

林錦添1,2, 方致偉1, 汪旻1, 姚妮3,方偉3, 薄方3, 程亞1,2

(1 華東師范大學, 上海 200062;2 中國科學院上海光機所, 上海 201800;3 浙江大學, 浙江 杭州 310027;4 南開大學, 天津 300457)

鈮酸鋰薄膜微腔具有很高的品質因子(～107)和很小的模式體積,在片上非線性頻率轉換、光學頻率梳和光力學等領域有重要的潛在應用前景。近期,我們在高品質的鈮酸鋰薄膜微盤腔中實現了豐富的非線性光學效應:(1)對X 切的單晶微盤腔,通過設計微腔的幾何結構色散,利用了鈮酸鋰最大的二階非線性光學系數d33,實現了寬譜的、高效的二次諧波產生和級聯三次諧波產生,歸一化轉換效率分別達到10%/mW 和1%/mW2;(2)通過光纖錐與微盤腔耦合時引入弱的微擾,在非變形的微盤腔中觀測到多邊形和星型的高品質光學模式,并實現了高效(4.9%/mW)的二次諧波產生、具有高的本征力學品質因子(336)的光力學振蕩以及光頻梳產生;(3)通過耦合微腔產生的模式劈裂,在微腔正常色散區(qū)實現了二次諧波引發(fā)的高效級聯四波混頻效應和受激拉曼散射。

表面非線性光譜學及其在新能源界面體系的應用

田傳山

(復旦大學, 上海 200438)

在實際器件的界面中,不同深處的結構對界面特性和功能的影響有顯著差別。因此,發(fā)展可將界面結構分層表征的表面非線性光譜理論和技術,是原位探索界面結構和能量轉移微觀機制的關鍵?；诒韺雍蜕顚臃肿拥姆蔷€性響應對光波矢依賴性的本征差異,我們提出了通過界面層間干涉獲取界面相位信息,進而發(fā)展了界面結構的層析理論方法和實驗方案,突破了過去無法將有限厚度界面的表層與深層結構分離表征的瓶頸,首次在實驗上獲得了直接參與界面物質、能量交換的表層分子的微觀結構。將該技術應用于實際新型能源界面,即柔性發(fā)電器件界面和可燃冰界面,理清了該界面能量轉化和存儲的微觀機理,進而提出了改善效率的解決方案。

基于非線性諧振腔的高效率脈沖壓縮及其在高次諧波中的應用

張盛1, 付宗源1, 朱冰冰1, 范廣宇2, 陳玉東1, 王順甲1劉雅欣1, Andrius Baltuska2, 金成3, 田傳山1, 陶鎮(zhèn)生1

(1 應用表面物理國家重點實驗室, 上海 200433;2 Institute of Photonics,TU Wien, Vienna, Austria;3 南京理工大學理學院, 江蘇 南京 210094)

產生具有高質量空間模式的高能量超短激光脈沖是超快和強場光學物理發(fā)展的關鍵技術。這通?？梢酝ㄟ^非線性頻譜展寬和脈沖壓縮技術實現,而實現優(yōu)質脈沖壓縮的關鍵是控制高能量飛秒脈沖在Kerr 非線性作用下達到穩(wěn)定傳播的條件。我們提出在周期性排布的層狀Kerr 非線性介質中產生的空間光孤子狀態(tài)可以為超連續(xù)譜產生和脈沖壓縮提供一個優(yōu)質的條件。通過實驗和理論的研究,成功發(fā)現了這些光孤子態(tài),證明了其空間橫向尺度和非線性相位間的關系,并且揭示了這些光孤子態(tài)獨特的穩(wěn)定性條件。實驗結果展示了復雜的時空耦合傳播會強烈地影響光孤子的光譜、空間和時間結構。利用這些光孤子獨特的性質,證明了單級脈沖壓縮可以將激光脈沖從初始的170 fs 壓縮至22 fs,并達到大于80%的空間和時間效率。理論模擬顯示,該亮度是對應波長、脈沖寬度的極限亮度。優(yōu)質的高亮度高次諧波產生也直接證明了高效率脈沖壓縮方案極佳的壓縮效果。結合近年來長脈沖寬度的Yb 飛秒激光器系統(tǒng)的快速發(fā)展,相信所提出方法可以提供一種普適的、簡易的、穩(wěn)定高效的脈沖壓縮工具。

自共振效應驅動乙醇分子高階受激拉曼散射

王瑩, 劉曉楓, 門志偉

(吉林大學, 吉林 長春 130012)

眾所周知,受激拉曼散射(SRS)可以通過泵浦激光與工作介質之間的強相互作用來敏銳地反映不同條件下樣品化學結構、相、形態(tài)、結晶度以及分子相互作用的詳細信息。除此之外,SRS 還可以通過拉曼頻移來產生新的波長的激光。SRS 的峰來源于自發(fā)拉曼噪聲放大,只有最強的拉曼光譜帶被選擇性增強,其他峰則受到抑制。因此,在正常的SRS 現象中,只能觀察到該峰。但是,外界條件的改變如泵浦能量的增加,會產生SRS 級聯效應。高階斯托克斯線具有許多優(yōu)點和應用,如:可以實現雙波長和多波長激光操作;可以凈化光束并壓縮脈沖寬度以獲得具有高光束質量和高光譜純度的激光器等。因此對其進行研究具有重要意義。

本文采用532 nm 激光來研究乙醇分子的SRS 過程。在雙樣品池情況下,將第一個樣品池乙醇出射的斯托克斯光作為第二個樣品池的入射激光,來激發(fā)第二個樣品池中乙醇的高階SRS。并發(fā)現在同等條件下,雙樣品池下第二個樣品池出現斯托克斯信號的閾值要明顯低于單個樣品池的情況。此外,對于單個樣品池而言,最多只能探測到乙醇分子的二階斯托克斯信號。而對于雙樣品池中第二個樣品池而言,能探測到乙醇分子的三階以及反一階斯托克斯信號。對于轉換效率而言,單個樣品池的轉換效率要明顯高于雙樣品池下第二個樣品池的轉換效率。產生此種現象是由于自共振效應。第一個樣品池的出射激光中既含有乙醇的斯托克斯光,又含有泵浦光,二者之間的頻率差Δω = ωP-ωS與乙醇分子的CH3對稱伸縮振動Ω 相匹配,使得泵浦光信號減弱,乙醇的各階斯托克斯信號增強。此外在兩個樣品池的情況下,增加了激光與物質相互作用的距離,這也是使乙醇分子產生級聯現象的另一原因。

內模共振效應增強寬帶受激拉曼散射研究

任盼盼, 李占龍, 門志偉

(吉林大學物理學院, 吉林 長春 130012)

受激拉曼散射(SRS)是非線性激光效應中發(fā)現最早、研究最廣的一種效應,其光譜具有多重譜線的特性。苯及其衍生物具有良好的拉曼增益效應,它們有著低閾值、高轉換效率等特點,可以獲得高階級聯受激拉曼散射譜線。我們以氯苯為研究對象,在實驗中觀察到氯苯SRS 譜線可達十階,受激光輻射覆蓋了可見光范圍。由于氯苯CC 呼吸振動三階SRS 與CH 一階伸縮振動SRS 相鄰,并且只有CC 三階SRS 產生的時候,才會伴隨CH 一階SRS 的出現,這歸因于二者發(fā)生振動模式耦合,激發(fā)態(tài)能量在CC 和CH 振動能級間發(fā)生轉移,從而誘導產生一階CH 伸縮振動峰。這將為實現超連續(xù)相干輻射提供一種可能。

受激拉曼散射增強技術及機理研究

竇振國, 孫成林, 門志偉

(吉林大學物理學院, 吉林 長春 130012)

激光的出現使經典的普通拉曼效應獲得了新的提高和發(fā)展。當激光功率提高時,在一定條件下,使某些介質的散射過程具有受激性質,便產生了受激拉曼散射(SRS),它擴大了相干光輻射的物理機制,豐富了受激發(fā)射波長,開拓了強光與物質相互作用的新領域,提供了探索物質結構的新途徑。SRS 的增強方式有很多種,如熒光增強、外部種子植入增強、電子吸收共振增強、過剩電子增強等,以上的增強方式我們組工作都有涉及。近些年,謝曉亮課題組在SRS 成像技術方面取得了新進展。我們受其研究啟發(fā),又發(fā)展了外部共振增強、自共振增強和內共振增強SRS 技術,同時闡明了增強機理。

本文僅介紹外部共振增強SRS 技術,其是利用強的泵浦激光和一束弱的可調諧的激光同時照射受激物質,兩束激光頻率差與要獲得分子振動頻率一致,這時分子振動與兩束激光形成共振,可以顯著降低物質的SRS 閾值、增強SRS 強度。我們利用650 nm 的連續(xù)激光,大幅度增強了532 nm 激光激發(fā)的水分子O-H 伸縮振動SRS。當連續(xù)激光功率為1 mW 時,在3405 cm-1處的O-H 拉伸振動SRS 強度增加了約十個數量級。在加入連續(xù)激光后,水中出現兩個新的低頻肩峰。由于連續(xù)激光在焦點的熱效應,使得該峰向低波數移動。連續(xù)激光不僅降低了水的SRS 的閾值,而且提高了水的SRS 強度。增強機制歸因于532 nm 泵浦激光器ωP和650 nm 連續(xù)激光器ωS之間的頻率差Δω=ωP-ωS與水分子的O-H 拉伸振動頻率Ω 相匹配。因此,受激拉曼斯托克斯光束IS的強度獲得增益ΔIS(受激拉曼斯托克斯光束增益,SRG),受激拉曼泵浦光束IP的強度產生損耗ΔIP(受激拉曼泵浦光束損耗,SRL),從而實現了SRS 信號的增強。此實驗為使用外部共振增強其他物質中弱拉曼信號提供了可能性。

原子在強X射線激光場中的康普頓散射過程

石尚1,3, 楊玉軍2, 魏志義1,3, 王兵兵1,3

(1 中國科學院物理研究所光學實驗室, 北京 100190;2 吉林大學原子與分子物理研究所, 吉林 長春 130012;3 中國科學院大學, 北京 100049)

采用以量子電動力學為基礎的非相對論頻域理論,推導并計算了原子在X 射線激光場中的單光子及雙光子康普頓散射過程。我們的理論結果得到了最近實驗觀測到的雙光子非線性康普頓散射的紅移現象,即散射幾率峰值處的散射光子能量明顯低于自由電子近似理論給出的預言值。分析表明,雙光子康普頓散射過程主要來自于入射光子與散射光子的模式躍遷以及激光場輔助下電子與散射光子的相互作用的貢獻。具體來說,由于躍遷過程滿足能量守恒,末態(tài)電子的動能隨散射光子能量的增加而下降;又因為參與躍遷過程的是電子與多光子的糾纏態(tài),這些態(tài)的幾率幅值隨末態(tài)電子動量的減小而減小,這樣的依賴關系使得散射光信號的峰值位置向更低頻區(qū)移動,從而造成紅移現象。我們的理論研究有助于通過康普頓散射探測原子內部的能級結構。

高效有機太陽能電池中激子擴散超快光譜學研究

張一偉, 張新平

(北京工業(yè)大學理學部微納信息光子技術研究所, 北京 100124)

有機太陽能電池中,活性層吸收光子后產生激子,激子擴散到給體、受體界面處實現分離,從而產生載流子,載流子傳輸到電極處被電極收集后產生光電流。其中激子擴散是有機太陽能電池產生光電流的重要環(huán)節(jié),對器件效率有重要影響。

本研究以時間分辨熒光光譜作為主要的研究工具,通過三種方法,分別研究了高效率有機太陽能電池給體和受體材料中的激子擴散過程。其中激子表面淬滅法是在交聯的富勒烯材料和石英襯底上分別制備相同厚度的有機半導體給體薄膜,通過測量在不同襯底上的熒光壽命,得出由激子擴散導致的熒光淬滅,從而計算出激子的擴散長度。激子湮滅法是通過改變激發(fā)光的強度,調控產生的激子數量,大量激子由于擴散過程產生相互碰撞,從而導致兩個激子湮滅成一個,在超快光譜上表現為熒光壽命的降低。結合激子的擴散方程即可計算出激子的擴散長度。體異質結湮滅法是通過測量不同給體:受體配比的體異質結的熒光壽命的不同,得出由于激子向給體、受體界面處擴散導致的熒光壽命的降低,得出激子的擴散長度。此外,還利用瞬態(tài)吸收光譜研究了激子在給體、受體界面的分離過程。

壓縮超快成像技術與應用研究進展

齊大龍, 姚云華, 楊承帥, 曹烽燕, 姚佳麗, 張詩按

(華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室, 上海 200241)

壓縮超快成像(CUP)技術作為一種結合壓縮感知原理與時空偏轉成像技術的新型超快光學成像技術,在單次曝光條件下最高可超過數十萬億幀/秒的成像速度及數百張成像幀數。主要圍繞該技術在圖像采集及圖像重構兩方面的關鍵科學問題,分別介紹了通過算法優(yōu)化以及硬件改進等方式對CUP 實驗系統(tǒng)的改進,以及該技術在四維超快光學成像、超快電子衍射及超快時空光場測量等方面的技術拓展及應用。具體包括: 1)提出基于遺傳算法的反饋控制系統(tǒng)優(yōu)化CUP 采樣過程中的編碼方式,降低編碼矩陣與動態(tài)場景之間的相關性,提高成像質量,這一方案在實驗上獲得了驗證。2)在傳統(tǒng)CUP系統(tǒng)的基礎上,提出了運用電光晶體和CMOS 相機替代條紋相機的技術方案,一方面避免了條紋相機光子-電子-光子轉化過程中電子庫倫效應引起的圖像畸變,另一方面降低了成像系統(tǒng)的建設成本。在實驗上搭建了基于電光偏轉成像的壓縮超高速電光偏轉成像UEODI 系統(tǒng)。3)在傳統(tǒng)的CUP 系統(tǒng)中引入了色散元件,將CUP 系統(tǒng)的分辨能力從三維推進到四維,搭建了具備光譜、空間和時間分辨的四維超快成像HCUP 系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)觀測啁啾皮秒超快的光譜、空間和時間多維度演化以及飛秒光誘導的染料發(fā)光動力學過程。4)將CUP 技術中光子編碼、偏轉疊加成像、計算重構的思想應用于超快電子衍射系統(tǒng)中,創(chuàng)造性地提出了基于電子編碼的壓縮超快電子衍射技術新方案。相比較于傳統(tǒng)基于泵浦探測的超快電子衍射技術,新方案通過單次衍射成像,避免電子衍射系統(tǒng)中同步抖動問題造成的信噪比和時間分辨能力降低問題。

Second harmonic generation-based joint transform correlator for human face and QR code recognitions

HONG Ling

(Xiamen University, Xiamen 361005, China)

We propose a nonlinear joint transform correlator (JTC) based on a joint power spectrum via second-harmonic generation(SHG)in the Fourier domain.The fundamental waves of 1064 nm infrared light illuminate the images displayed by a single spatial light modulator.After SHG in a type-II potassium titanyl phosphate crystal in the Fourier domain,the second-harmonic wave of 532 nm visible light yields the correlation signal.We demonstrate the performance of our SHG-based JTC for human face recognition and quick response code recognition.Our work has the potential in various optical information processing applications such as infrared pattern recognition and remote sensing,security verification,target tracking,and optical computing.

基于光熱非線性的微納硅結構遠場高分辨成像

張?zhí)鞇? 車穎, 李向平

(暨南大學光子技術研究院, 廣東 廣州 511443)

硅光子學由于其在集成納米光學和全電介質光學中的極大潛力,近年來引起了人們的廣泛關注。然而,由于硅的本征非線性較弱,限制了其在超小緊湊器件上主動調控的應用。本報告將介紹利用亞波長硅結構所支持的獨特的無極子(Anapole)電磁共振模態(tài),以及矢量光場對電磁模式的選擇性激發(fā)和靈活調控,可以有效地增強光熱非線性,相比于體硅材料,光熱非線性系數提高了3 到4 個數量級之多,從而使微納硅結構光散射響應表現出可逆非線性過程,并具有極大的全光調控范圍和接近100%的調制深度。利用激光共聚焦顯微系統(tǒng)對納米硅盤散射成像,能夠實現亞波長特征尺度的成像光斑,展示了對亞波長硅結構的精度高達40 nm 的遠場超分辨定位成像。

納米氧化鋅對細葉蜈蚣草光合作用的影響

徐長山, 劉洋, 程亮, 劉曉男, 郭佳昕

(東北師范大學物理學院, 吉林 長春 130024)

納米氧化鋅(ZnO NPs)現已被廣泛用于生產和生活中,然而,在使用過程中不可避免的會釋放在環(huán)境中,對生物體造成一定的影響。ZnO NPs 對生物體作用的研究已有許多,與其它毒性物質協(xié)同作用的研究正受到更多的關注。本文以細葉蜈蚣草為受試植物,采用葉綠素熒光技術研究加入ZnO NPs 對細葉蜈蚣草光合作用動力學特性的影響。實驗中分別用去離子水、Cd2+溶液、ZnO NPs 和Cd2+混合溶液作對比,通過分析細葉蜈蚣草的熒光動力學曲線發(fā)現,用ZnO NPs 和Cd2+共同處理蜈蚣草時,與單獨Cd2+溶液處理相比,ZnO NPs 的加入在一定程度上緩解了Cd2+對蜈蚣草光合機構的損傷,改善了光合作用參數。加入ZnO NPs 后O-J-I-P 曲線的初始熒光斜率(M0)和J點相對熒光可變強度(Vj)與單獨Cd2+溶液處理相比均出現下降,與去離子水的對照組相比有上升趨勢。用ZnO NPs 和Cd2共同處理蜈蚣草時,表征單位反應中心吸收的光能(ABS/RC)和用于熱耗散的能量(DI0/RC)出現下降的趨勢,并均高于去離子水對照組；用于表征電子傳遞的能量(ET0/RC)有所提升,說明ZnO NPs 增強了細葉蜈蚣草反應中心之間的連通性,對光電子的傳遞起到了促進作用;光合性能指數PIabs上升尤為明顯,達到了162%。這說明ZnO NPs 在提升細葉蜈蚣草對光能的利用率的同時,改善了細葉蜈蚣草的整體光合性能。本文研究結果中ZnO NPs 對細葉蜈蚣草光合作用的影響及作用機制,對尋找緩解重金屬離子的植物毒性的有效途徑具有一定的意義。