受激声子极化激元与太赫兹光物理(特邀)

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作者 吴强 卢瑶 +3 位作者 马若斌 徐西坦 黄意博 许京军 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2024年第1期373-389,共17页

70多年前,黄昆先生提出了著名的“黄昆方程”和“声子极化激元”的理念,开启了极化激元研究的先河。迄今为止,黄昆方程作为以中国本土科学家命名的方程,仍然是描述极化激元最好的理论之一。在后续的几十年里,随着超快光学、纳米光学和... 70多年前,黄昆先生提出了著名的“黄昆方程”和“声子极化激元”的理念,开启了极化激元研究的先河。迄今为止,黄昆方程作为以中国本土科学家命名的方程,仍然是描述极化激元最好的理论之一。在后续的几十年里,随着超快光学、纳米光学和太赫兹物理与技术的迅速发展,声子极化激元再次成为了研究的热点前沿,表面声子极化激元的相关研究为电磁波的局域和控制带来了新的维度。近几年,南开大学团队发展了黄昆方程,提出了“受激声子极化激元”的概念,逐步打开了声子极化激元参与并主导的光与物质相互作用研究的大门。基于受激声子极化激元的各种铌酸锂片上集成的太赫兹应用也得益于此,取得了长足的发展。本文对声子极化激元和受激声子极化激元等相关概念加以回顾,介绍受激声子极化激元参与下的光与物质的相互作用体系,并以太赫兹非线性光学和铌酸锂片上集成应用等研究为例,阐述声子极化激元和太赫兹物理领域近年来的发展。 展开更多

关键词 非线性光学 超快光学 声子极化激元 太赫兹 亚波长光学

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人工光学微纳结构中的连续体束缚态:原理、发展及应用 被引量：5

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作者 柴若衡 刘文玮 +2 位作者 程化 田建国 陈树琪 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期302-316,共15页

人工微结构可以捕获特定频率的电磁波,其为增强光与物质相互作用以及调控光场的重要平台之一。连续体束缚态在能谱上位于辐射连续区域,其是开放波动系统中与辐射连续态完全正交的本征态。连续体束缚态源于波动的相干相消,可以极大地抑... 人工微结构可以捕获特定频率的电磁波,其为增强光与物质相互作用以及调控光场的重要平台之一。连续体束缚态在能谱上位于辐射连续区域,其是开放波动系统中与辐射连续态完全正交的本征态。连续体束缚态源于波动的相干相消,可以极大地抑制微纳光子器件的辐射损耗,为解决人工微纳结构中的光束缚提供全新思路。本文回顾连续体束缚态的发展历程,着重阐述连续体束缚态的理论模型在不同人工光学微纳结构中的进展与应用。连续体束缚态有望促进光通信、集成光学及高效率光场调控等领域的发展。 展开更多

关键词 光学器件 物理光学 连续体束缚态 模式相干 人工微结构 辐射的品质因数

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基于受激声子极化激元的太赫兹波传输调控与非线性效应研究

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作者 徐西坦 黄意博 +3 位作者 卢瑶 马若斌 吴强 许京军 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第17期34-50,共17页

太赫兹波与离子晶体中光学声子耦合形成的受激声子极化激元,为太赫兹波在晶体材料中的传输调控和非线性增强提供了有效途径,进而为强场太赫兹科学技术的发展开辟了新的可能性。从物理概念、实验方案、调控手段等方面简要回顾了受激声子... 太赫兹波与离子晶体中光学声子耦合形成的受激声子极化激元,为太赫兹波在晶体材料中的传输调控和非线性增强提供了有效途径,进而为强场太赫兹科学技术的发展开辟了新的可能性。从物理概念、实验方案、调控手段等方面简要回顾了受激声子极化激元相关的研究进展,分析了受激声子极化激元作用下太赫兹波对光与物质相互作用机制的影响,展望了受激声子极化激元在未来强场太赫兹科学技术中的发展潜力与应用前景。 展开更多

关键词 太赫兹 受激声子极化激元 传输调控 非线性效应

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液晶静态模型及应用进展 被引量：2

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作者 张馨元 崔慧林 +2 位作者 王钰 陈宏一 张心正 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1032-1051,共20页

液晶是物理、化学和材料科学领域长期的研究热点之一。向列相液晶中分子倾向于沿某个方向优先取向的排列使其具有类似于晶体的电磁特性和光学特性,在显示、光场调控等方面发挥着重要作用。液晶的特殊光学纹理反映了其中包含的缺陷,构建... 液晶是物理、化学和材料科学领域长期的研究热点之一。向列相液晶中分子倾向于沿某个方向优先取向的排列使其具有类似于晶体的电磁特性和光学特性,在显示、光场调控等方面发挥着重要作用。液晶的特殊光学纹理反映了其中包含的缺陷,构建液晶理论模型对研究液晶和此类缺陷具有重要的意义。本文综述了几种常用的液晶静态理论模型及其适用条件,分析了界面效应下锚定能引起的自由能变化。针对当前应用最广泛的Landau-de Gennes Q张量模型,本文重点介绍了近年来该模型在弹性常数L→0和低温极限问题中的研究动态,最后列举了液晶理论模型在实际应用方面的研究进展。 展开更多

关键词 序参量 Oseen-Frank模型 Landau-de Gennes模型 拓扑缺陷

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退火对微构造黑硅光致发光瞬态性质的影响 被引量：6

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作者 曹丽萍 陈战东 +2 位作者 吴强 张春玲 姚江宏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期375-380,共6页

研究了热退火对飞秒激光脉冲在空气中微构造的黑硅材料的光致发光(PL)时间分辨光谱和发光强度衰减性质的影响,分析了退火后黑硅材料内光生载流子的运动和缺陷的性质。通过应用双指数函数拟合PL的强度衰减曲线,得到退火导致黑硅材料光谱... 研究了热退火对飞秒激光脉冲在空气中微构造的黑硅材料的光致发光(PL)时间分辨光谱和发光强度衰减性质的影响,分析了退火后黑硅材料内光生载流子的运动和缺陷的性质。通过应用双指数函数拟合PL的强度衰减曲线,得到退火导致黑硅材料光谱变化的可能机理。采用热扩散理论说明退火造成氧缺陷的增加和非平衡载流子辐射复合率的增大,导致退火黑硅的PL强度随着退火温度的升高而增大。退火后时间常数增大且慢衰减过程比重增大,说明退火消除并修复了微构造表面及内部的一些缺陷,增加表面束缚态,减小非辐射复合中心的密度,从而增大了辐射复合所占的比重,导致退火黑硅的PL谱强度增大。黑硅发光的最佳退火条件是800℃真空退火30 min。 展开更多

关键词 光谱学 时间分辨光谱 退火 黑硅 衰减 扩散

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基于傅里叶分析的超表面多维光场调控 被引量：14

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作者 杨渤 程化 +1 位作者 陈树琪 田建国 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期94-112,共19页

作为一种新型的二维人工微结构,超表面在亚波长尺度上对光场的调控具有灵活性与多元性,这使得多维度、全方位的光场调控成为可能,近年来引起了广泛关注。基于傅里叶理论对胞间弱耦合超表面的设计进行理论分析,并提出收敛性条件,以弥补... 作为一种新型的二维人工微结构,超表面在亚波长尺度上对光场的调控具有灵活性与多元性,这使得多维度、全方位的光场调控成为可能,近年来引起了广泛关注。基于傅里叶理论对胞间弱耦合超表面的设计进行理论分析,并提出收敛性条件,以弥补超表面非连续相位设计中亚波长条件不充分的不足;进一步将超表面相位调控与光场中的偏振、振幅、频率等物理性质相结合,综述了超表面在多维光场调控中的发展与应用。超表面多维光场调控不仅增大了光场调控的自由度,还推动了集成化光学设备的发展。 展开更多

关键词 物理光学 傅里叶光学 多维光场调控 超表面 相位调控 傅里叶分析

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激光超衍射加工机理与研究进展 被引量：8

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作者 张心正 夏峰 许京军 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第14期91-106,共16页

随着纳米科技和微纳电子器件的发展,制造业对微纳加工技术的要求越来越高.激光加工技术是一种绿色先进制造技术,具有巨大的发展潜力,己广泛应用于不同的制造领域.为实现低成本、高效率、大面积尤其是高精度的激光微纳加工制造,研究和发... 随着纳米科技和微纳电子器件的发展,制造业对微纳加工技术的要求越来越高.激光加工技术是一种绿色先进制造技术,具有巨大的发展潜力,己广泛应用于不同的制造领域.为实现低成本、高效率、大面积尤其是高精度的激光微纳加工制造,研究和发展激光超衍射加工技术具有十分重要的科学意义和应用价值.本文首先阐述了基于非线性效应的远场激光直写超衍射加工技术的原理与国内外发展状况,包括激光烧蚀加工技术、激光诱导改性加工技术和多光子光聚合加工技术等;然后介绍了几种基于倏逝波的近场激光超衍射加工技术,包括扫描近场光刻技术、表面等离子激元光刻技术等新型超衍射激光近场光刻技术的机理与研究进展;最后对激光超衍射加工中存在的问题及未来发展方向进行了讨论. 展开更多

关键词 超衍射极限 激光微纳加工 激光直写 激光近场加工

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随机光学重构显微术及其应用研究进展 被引量：5

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作者 杨建宇 潘雷霆 +2 位作者 胡芬 张心正 许京军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期59-66,共8页

在光学显微成像领域,涌现出一批可以突破衍射极限的超分辨显微成像技术,极大地增强了人们研究亚细胞结构的能力。基于单分子定位技术的随机光学重构显微术(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy,STORM)具有易懂的成像原理、简... 在光学显微成像领域,涌现出一批可以突破衍射极限的超分辨显微成像技术,极大地增强了人们研究亚细胞结构的能力。基于单分子定位技术的随机光学重构显微术(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy,STORM)具有易懂的成像原理、简单的工作方式以及超高的分辨率等特点,受到越来越多的研究者青睐。首先,介绍了单分子定位技术的原理,讨论了STORM光路的搭建,阐述了二维和三维STORM超分辨显微成像原理。其次,探讨了多色STORM以及STORM与电镜关联成像现状。最后介绍了STORM技术现阶段的应用进展。 展开更多

关键词 超分辨成像 单分子定位 随机光学重构显微术 关联成像

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超表面多维光场调控及基于机器学习的优化 被引量：3

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作者 玛地娜 李智 +1 位作者 程化 陈树琪 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第18期1824-1844,共21页

作为一种亚波长二维人工微结构,超表面在更加集成化的平台上实现了新的光学现象及对光场灵活、多维的调控.与光场单维调控的超表面相比,能够实现光场多维调控的超表面在许多实际应用中都展现出明显的优势,例如光学全息成像、超分辨成像... 作为一种亚波长二维人工微结构,超表面在更加集成化的平台上实现了新的光学现象及对光场灵活、多维的调控.与光场单维调控的超表面相比,能够实现光场多维调控的超表面在许多实际应用中都展现出明显的优势,例如光学全息成像、超分辨成像及矢量光生成等.然而,实现多维调控的超表面通常具有更复杂的设计,基于机器学习优化可以有效降低超表面的设计难度并实现更高精度的多维调控,因此受到广泛的关注.本文首先对实现多维调控的超表面进行了分类和总结,随后详细介绍了基于机器学习的新型光场调控方法.基于机器学习优化的超表面进一步增大了光场调控的自由度,有利于集成光学器件的发展. 展开更多

关键词 超表面 多维光场调控 物理光学 非线性光学 机器学习

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基于光学人工微结构的光场调控研究 被引量：3

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作者 李占成 刘文玮 +1 位作者 程化 陈树琪 《物理实验》 2019年第12期1-10,14,共11页

从光学人工微结构光场调控研究的研究现状出发,详细介绍了光学人工微结构在光场调控研究中的设计思路、研究流程和实验方法,着重展示了课题组在本领域近年来的研究进展,力图以此引导研究型实验教学,同时为相关领域研究人员提供借鉴.

关键词 人工微结构 光场调控 微纳光学 超材料 超表面

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基于激光消融技术的斑马鱼条纹再生的研究 被引量：2

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作者 蒋鹏翀 魏巍 +2 位作者 胡芬 张心正 潘雷霆 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期275-280,共6页

使用355nm纳秒脉冲激光对斑马鱼体表条纹进行消融处理,通过分析色素细胞簇的再生过程研究斑马鱼体表图案的形成及再生机制。结果表明:斑马鱼体表的黄色素细胞簇能够促进周围一定区域内黑色素细胞的再生,该区域限于稍远于紧邻黄色条纹的... 使用355nm纳秒脉冲激光对斑马鱼体表条纹进行消融处理,通过分析色素细胞簇的再生过程研究斑马鱼体表图案的形成及再生机制。结果表明:斑马鱼体表的黄色素细胞簇能够促进周围一定区域内黑色素细胞的再生,该区域限于稍远于紧邻黄色条纹的位置,但在半个条纹宽度以内;这种促进作用具有方向特异性,即黄色素细胞更多地促进其本身条纹纵向处的黑色素细胞再生,但不促进其本身条纹横向处的黑色素细胞再生。这一结果可为理解斑马鱼自主形成周期性条纹提供新的实验支持。 展开更多

关键词 生物光学 斑马鱼 激光消融技术 黄色素细胞 黑色素细胞

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铌酸锂薄膜微腔激光器研究进展(特邀) 被引量：2

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作者 罗强 薄方 +2 位作者 孔勇发 张国权 许京军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期43-55,共13页

绝缘体上铌酸锂薄膜凭借铌酸锂晶体优异的光学性能和薄膜器件的易加工和可集成特性,被视为理想的集成光学平台。除了波导、调制器等传输、控制器件方面的研究之外,最近铌酸锂薄膜激光器的研究也取得了显著的进展。文中将对最近迅速发展... 绝缘体上铌酸锂薄膜凭借铌酸锂晶体优异的光学性能和薄膜器件的易加工和可集成特性,被视为理想的集成光学平台。除了波导、调制器等传输、控制器件方面的研究之外,最近铌酸锂薄膜激光器的研究也取得了显著的进展。文中将对最近迅速发展的铌酸锂薄膜微腔激光器的研究现状进行综述。首先,介绍铌酸锂晶体和铌酸锂薄膜稀土离子掺杂的主要技术方案,以及近期有关于稀土离子掺杂铌酸锂薄膜微纳光学器件制备方面的探索;其次,总结近年来掺铒铌酸锂薄膜微盘腔、微环腔激光器方面的研究进展;然后,阐述微腔激光器体系几种常见的实现单模激光器方法的工作机理,介绍研究者们利用"游标效应"调制模式损耗等方式实现掺铒铌酸锂薄膜单模激光器的研究进展;最后,基于目前报导的铌酸锂薄膜激光器研究成果,对目前研究存在的局限性以及未来的研究方向进行了探讨。 展开更多

关键词 铌酸锂薄膜 微腔激光器 集成光学

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铌酸锂芯片上的太赫兹集成和时空超分辨成像 被引量：1

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作者 张琦 吴强 +5 位作者 张斌 潘崇佩 王日德 卢瑶 齐继伟 许京军 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期24-37,共14页

飞秒激光与铁电晶体铌酸锂作用可以激发出太赫兹波段的声子极化激元。当铌酸锂的厚度减小至亚波长量级时,晶片就成为一个将太赫兹波产生、传输、调控、探测、与物质或微结构相互作用等过程集于一体的集成化芯片,为太赫兹波的研究和应用... 飞秒激光与铁电晶体铌酸锂作用可以激发出太赫兹波段的声子极化激元。当铌酸锂的厚度减小至亚波长量级时,晶片就成为一个将太赫兹波产生、传输、调控、探测、与物质或微结构相互作用等过程集于一体的集成化芯片,为太赫兹波的研究和应用提供了平台。同时,利用时空超分辨成像技术可以对芯片中太赫兹波的传输以及与微结构作用过程进行可视化和定量分析。回顾了一些基于铌酸锂芯片的工作,比如太赫兹波传输特性的研究、频率可调谐太赫兹波源的产生、微结构对太赫兹波的调控等,这些工作说明亚波长铌酸锂芯片是一个很有前途的太赫兹集成器件。 展开更多

关键词 太赫兹 铌酸锂 时空超分辨成像 声子极化激元 微腔 超材料

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基于电介质超表面的双频带双偏振通道波前调控

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作者 刘淇 刘文玮 +1 位作者 程化 陈树琪 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期99-103,共5页

随着微纳加工技术的发展,超表面在亚波长尺度对电磁波的多维度调控展现出传统光学器件难以比拟的优势。基于电介质硅纳米柱结构构建了具有双频带响应的超表面,利用微结构对不同偏振入射光反射系数的差异,通过构建梯度几何相位实现了双... 随着微纳加工技术的发展,超表面在亚波长尺度对电磁波的多维度调控展现出传统光学器件难以比拟的优势。基于电介质硅纳米柱结构构建了具有双频带响应的超表面,利用微结构对不同偏振入射光反射系数的差异,通过构建梯度几何相位实现了双波长下的异常反射;同时设计了超表面灰度成像阵列,在近红外波段实现了对正交偏振态和双波长入射具有不同响应的正负灰度图像。文中提出的超表面设计为基于超表面的多功能集成技术的发展奠定了基础。 展开更多

关键词 超表面 偏振态 双频带 多功能 波前调控

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