《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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On-chip light sources: hybrid silicon lasers most promising sources

Zhiping Zhou, Bing Yin and Jurgen Michel.

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e358; doi:10.1038/lsa.2015.131

Published online 20 November 2015

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文章概要:在片光源:最有潜力的光源-硅激光器

目前,在硅基光子学的在片激光器中,基于键合三五族激光器的混合硅激光器是最佳的选择。硅基光子学非常需要在片硅基光源来作为电光转换器使用。北京大学和麻省理工大学的研究人员评估了三种可能选择的硅基光源:铒基光源、锗硅激光器、基于三五族材料的硅激光器。他们考虑了工作波长,泵浦条件,功耗,热稳定性和制备过程后,认为铒基激光器的功率效率太低,而锗硅激光器的阈值电流太低。他们得出了结论,在硅上一体生长的三五族量子点激光器是实现在片激光器最有潜力的光源。

Phosphorescence: mechanical load quenches and then excites phosphorenscence

Dong Tu, Chao-Nan Xu, Yuki Fujio and Akihito Yoshida

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e356; doi:10.1038/lsa.2015.129

Published online 20 November 2015

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文章概要:机械负载抑制继而激发磷光

一种当被施加机械负载后,会先抑制然后激发出磷光的磷被日本的研究人员制备出来。可因机械外力而发光的材料在被施加压外力的时候,会发出磷光。最近,日本国家先进科技研究所和九州大学的研究人员发现了一些材料表现出来完全相反的效果,即它们会抑制磷光。而在这项研究中他们发现CaZnOS:Cu显示出两种效果:先是强烈的机械抑制磷光,接着一段很短的弛豫时间后,效果渐渐变成了机械导致的发光。研究人员提出了因为材料中浅囚禁和深囚禁的不同规则而产生的两个物理过程。他们还建议这种材料可以用作检测工业和活体压力的压力传感器。

Quantum photonic circuits: femtosecond laser-written thermally reconfigurable circuit

Fulvio Flamini, Lorenzo Magrini, Adil S Rab, Nicolò Spagnolo, Vincenzo D'Ambrosio and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e354; doi:10.1038/lsa.2015.127

Published online 20 November 2015

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文章概要:量子光子回路:飞秒激光直写热重构回路

一种集成的量子光学回路可以通过飞秒激光微加工热重构来制作。可热重构的量子光子回路可以允许量子协议生效,这个协议需要动态改变回路的功能。一个意大利的团队使用飞秒激光微加工工艺来雕刻在玻璃芯片上的通信波段工作的波导Mach-Zehnder干涉仪,并在芯片表面具有热阻的金上雕刻图案,这可以精确调制电路。研究人员展示了高质量的单光子和双光子操控,其条纹可见度超过95%。他们还全面地表征干涉回路的热响应,并发现实际效果非常符合制备设计的预期。这个器件有潜力用作可重构量子回路的标准元件。

Polarization shaping: full Poincaré beams realized in time

David Colas, Lorenzo Dominici, Stefano Donati, Anastasiia A Pervishko, Timothy CH Liew and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e350; doi:10.1038/lsa.2015.123

Published online 6 November 2015

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文章概要:偏振整形:实时全庞加莱光束

一国际团队实现了一种光脉冲,在选定的庞加莱球区域,其偏振会随时间变化而变化。光束整形通常涉及到对相位和振幅的修改,但是,为了充分利用到光波的矢量特性,我们很需要扩展对光偏振控制的维度。Lorenzo Dominici及其合作者从理论上提出了一种脉冲偏振光,这种偏振光在脉冲持续时间内使用了所有的偏振态。实验上,他们还在一个具有较强的激子-光子耦合的半导体微腔中展示了这种光。这种偏振光的产生机制是基于一种普遍存在的光-物质相互作用效应,即拉比振荡。因此,在经典或量子领域、不同的平台、或不同时间范围内都可以实现。不仅如此,它的应用还可以扩展到非光学系统上。

Optogenetics: laser-based targeted delivery of genes

Kamal Dhakal, Subrata Batabyal, Weldon Wright, Young-tae Kim and Samarendra Mohanty

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e352; doi:10.1038/lsa.2015.125

Published online 6 November 2015

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文章概要:光遗传学:基于激光的基因目标传递

近红外飞秒激光器对编码多色敏感视蛋白的质粒的光学传递,被发现可以导致目标蛋白的表达和宽带激活。尽管光遗传学模拟方法对治疗诸如色素性视网膜炎和黄斑变性等光致变性疾病显示出了潜力,但这些方法并不允许视蛋白向病变的视网膜区域进行目标传递。现今,德克萨斯大学的Samarendra Mohanty所领导的研究比较了基于激光的对单个和多个视蛋白的空间目标转染,和脂质体方法—一种无目标方法。基于激光的方法比脂质体方法,能达到更高的细胞膜胞内比例。而且,多视蛋白细胞转染的白光导致的光电流比细胞转达单个视蛋白时候的光电流要明显更高。这种多视蛋白的空间目标激光转染对于病变视网膜区域的敏感化是非常理想的,而且有望使得光致病变的病人能够恢复视力。

Nanofibers: nonlinear switching

Chao Meng , Shao-Liang Yu, Hong-Qing Wang, Yue Cao, Li-Min Tong and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e348; doi:10.1038/lsa.2015.121

Published online 06 November 2015

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文章概要:纳米纤维:非线性转换

掺有石墨烯的聚合物纳米纤维已被用来实现对光的低阈值非线性转换和调制。Chao Meng及其合作者通过拉伸含有液相剥离的层状石墨烯的溶剂性聚合物来制备纳米纤维。制成的纳米纤维的直径通常是百纳米到几十微米的量级。它对亚波长范围的光有很强的限制,能增强光-物质相互作用,并能使得在光强较低的情况下也能产生非线性效应,如饱和吸收。使用1064nm波长的纳秒控制脉冲激光作为变换光源,一个1550nm的信号在纳米纤维中被全光调制,转换峰值功率为3.2W。研究人员称,他们的纳米纤维的表面平滑度和均匀性非常好,在纳米光子光路和器件上具有很大的应用前景。

Photovoltaics: cutting photons down to size

De-Chao Yu, Rosa Martín-Rodríguez, Qin-Yuan Zhang, Andries Meijerink and Freddy T Rabouw.

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e344; doi:10.1038/lsa.2015.117

Published online 23 October 2015

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文章概要:光子的降频“切割”

Tm3+:Gd2O2S可以将高能光子下变频为红外光子,从而使得扩大太阳能电池的光谱响应成为可能。传统的光致发光过程,都是没吸收一个光子,就发射一个光子的。如今,华南理工大学和荷兰乌得勒支大学的研究人员已经从实验上展示了,通过下转换Gd2O2S:Tm3+材料,可以把近红外光,可见光,紫外光光子分别转换为两个、三个、四个波长约为1800nm的近红外光子。通过计算不同Tm3+浓度下的发射谱和动力学,他们得出了四光子量子剪裁中的交叉弛豫过程的速率和效率。基于这些分析,研究人员讨论了这种材料的在增强太阳能电池的光谱响应从而提高效率方面的实际应用。他们还提出,Tm3+对光子的有效下变频可能对生物成像会很有用处。

Diagnostic imaging: holograms on the go

Antonio C Sobieranski, Fatih Inci, H Cumhur Tekin, Mehmet Yuksekkaya, Eros Comunello and et al.

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e346; doi:10.1038/lsa.2015.119

Published online 23 October 2015

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文章概要:全息影像诊断

一种能够对微米尺度的生物目标进行全息成像的无透镜显微术,将有潜力改进床旁医学检测。利用“阴影成像”,即将样品的二维空间分布投影到电子探测器上而使用非透镜的数字全息系统,具有更简便,体积更小,价格更低的优点。斯坦福大学医学院的Utkan Demirci及其合作者已经通过使用这种技术,结合新的仪器设计,图像处理和解释,发明了一种便携式的生物成像设备。该团队制作了一个小型设备来记录多个低分辨率的阴影图像,然后使用一个基于特征的记录方法,来把数据记录在同一个平面区域。接下来就是用连续优化算法对次像素数据作进一步调整,生成对比度极高的生物样品图像,包括精子和血小板,而且视场非常宽。

Plasmon-driven chemical reactions: graphene coatings enhance control

Zhi-gao Dai, Xiang-heng Xiao, Wei Wu, Yu-peng Zhang, Lei Liao, and et al

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e342; doi:10.1038/lsa.2015.115

Published online 23 October 2015

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文章概要:石墨烯覆膜增强控制等离子体驱动的化学反应

在金属纳米结构的表面引入石墨烯覆膜可以有助于控制等离子体驱动的化学反应的效率。Xiangheng Xiao及其中国的合作者使用了蝴蝶结形状的银材料天线阵列,来进行表面增强光催化反应,并在光激发下将对氨基苯硫酚(PATP)转化为头,头偶DMAB。当天线覆盖上一层单层石墨烯之后,转换效率提高了,而覆盖了两层的石墨烯,反应效率则受到了抑制。他们通过捕捉和分析表面增强拉曼光谱来对该反应进行原位监控。反应效率的增强,被认为是PATP分子中的电子转移到覆盖有单层石墨烯的纳米天线,进而和热空穴进行复合的结果。这个实验方法得到了量子化学计算和有限差分时域模型的肯定。

Fibre lasers: theta cavities give unidirectional lasing

Svyatoslav Kharitonov and Camille-Sophie Brès

Citation: Light: Science & Applications (2015) 4, e340; doi:10.1038/lsa.2015.113

Published online 9 October 2015

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文章概要:光纤激光:Theta腔单方向激射

瑞士的研究团队实现了单方向激光激射,他们的实现方法是在掺铥的光纤激光中使用theta腔而不是隔离器。许多领域对波长为2微米的窄线宽可调激光光源都有很大应用需求,而光纤激光有望成为这种光源。通常,为了实现单方向激射,这类光源使用的都是光学隔离器,但最近Svyatoslav Kharitonov等研究人员在实验上展示了单方向环形光纤腔(theta腔)可以达到同样的效果。比起传统环形腔,theta腔所能实现的激光输出无论在功率、线宽和光学信噪比上都能有相同或者更好的效果。他们还发现,掺铥的光纤的非线性特性很大程度上影响theta腔激射输出的形状。

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