基于语音识别的电磁调控智能超表面

本文提出并实现了一种基于人类语音识别的智能超表面,用于对电磁波束进行可编程调控。该智能超表面平台由数字编码超表面、语音识别模块、单片机和数模转换器(DAC)电路组成,可根据预先存储的语音指令对电磁波进行智能控制。所构建的数字编码超表面包含6×6个超级子单元,每个超级子单元由4×4个嵌入了变容二极管的有源数字单元组成。语音识别模块配合DAC和单片机对语音指令进行识别,并生成对应的电压序列来控制超表面。此外,在超表面的设计过程中引入遗传算法,可有效优化超表面相位分布。为了验证智能超表面平台的性能,演示了雷达散射截面积缩减、涡旋波束生成和波束分裂三种典型功能。所提出的方案为调控电磁波提供了一种新的途径,并在电磁和声学通信之间架起了连接桥梁。

光流控光镊操控研究进展

光镊技术利用光与颗粒之间动量传递的力学效应对颗粒进行操控,具有无接触、操控尺寸小等优点,在生物医学和物理化学等领域具有重要的应用价值。光镊操控起初主要是在静态环境中对单个和多个颗粒进行操控,分为单/多光束光镊、全息光镊、等离子光镊、光纤光镊、特殊光力/力矩光镊和光电热镊子等。光镊技术随后与微流控技术进行结合诞生了光流控光镊操控技术,大大提高了可操控颗粒的数量和效率,同时也丰富了操控功能。本文从光流控光镊类别、物理机制以及生物医学应用等方面出发,对光流控光镊操控进行了回顾和讨论,最后对光流控光镊操控潜在的挑战进行了总结,对未来的发展方向如高通量单病毒操控和检测、光驱动机器人等进行了展望。

范德华尔斯材料在转角光学中的研究进展

极化激元是光与不同极化子相互作用形成的半光半物质的准粒子,可用于亚波长尺度的光场调控,在光学成像、非线性效应增强及新型超构材料设计等领域扮演着举足重轻的角色。近年来,随着人们对转角范德华尔斯材料体系的制备工艺和物性研究的不断深入,其中许多新奇的极化激元现象也被揭示。本文综述了近年来转角范德华尔斯材料在光学领域的研究进展,包含转角石墨烯体系中的等离极化激元,转角二维过渡金属硫化物中的激子极化激元与六方氮化硼(h-BN)与α-MoO_(3)体系中的声子极化激元等。最后展望转角二维范德华尔斯材料中的极化激元在纳米尺度下光与物质相互作用的有效控制方面所展现的巨大潜力。

横向光力最新研究进展(特邀)

光镊技术利用光和物质之间动量交换产生的光力对细小颗粒进行操控,具有无接触、操控尺寸小、精度高等特点,在基础物理、量子计算、生物医学等领域得到了广泛的应用。其中,横向光力(也称光横向力,OLF)是一种垂直于光的传播方向且与场强度梯度无关的特殊光力。近十年来,OLF的理论研究和实验探索成为了热点课题,在手性颗粒等超精密分选、光动量探测等方面有重要应用。从OLF的原理和产生条件、不同物理机制,以及在生物医学和物理化学等领域的应用等方面出发,对OLF的发展进行回顾和讨论,并对新的产生机制和更多的潜在应用与挑战进行展望。

Vortex localization and OAM selective conversion via cylindrical metagratings

Vortex waves with orbital angular momentum(OAM)are a highly active research topic in various fields.In this paper,we design and investigate cylindrical metagratings(CMs)with an even number of unit cells that can efficiently achieve vortex localization and specific OAM selective conversion.The multifunctional manipulation of vortex waves and the new OAM conservation law have further been confirmed through analytical calculations and numerical simulations.In addition,we qualitatively and quantitatively determine the OAM range for vortex localization and the OAM value of vortex selective conversion and also explore the stability for performance and potential applications of the designed structure.This work holds potential applications in particle manipulation and optical communication.

超薄二维材料非线性量子光源

随着量子科学的不断发展,量子系统的规模也在不断扩大。相比传统的空间量子光学系统,集成量子光学系统能够稳定支持大规模量子系统,是量子科学未来发展的重要方向。集成量子光学系统由多个部分组成,其中为系统提供量子资源的部分是集成量子光源。现有量子光源主要分为三类:衰减相干脉冲单光子源、确定性单光子源和自发非线性过程产生的时间关联光源。

静态无源超构声呐实现声束动态扫描

声束的连续动态扫描在超声成像、水下目标定位和声呐通信等诸多领域发挥关键作用.传统方法通常依赖于发射装置的机械扫描或有源相控阵的波束整形来实时调控声束的空间指向性,存在成本高、尺寸大、主动控制系统复杂而精准操控困难等问题.本文提出并构建了一种基于无源声学超表面的紧凑型静态声呐器件,无需主动控制和机械移动,仅在单一声源的作用下即可实现声束的动态扫描操控.这种新型声呐器件由具有深度亚波长厚度的二值化振幅编码单元组合而成,能够将单一声源发射的梳状频率谱转化为具有相同频率和空间间隔的声焦点阵列,从而引入频率梯度这一新的声波操控自由度,并通过时空声干涉效应产生可连续旋转的动态扫描声束.实验结果验证了所设计超构声呐的高速、宽角度声束扫描性能.此外,通过与传统的相位梯度调控技术结合,该机制还可以对扫描声束的空间形态进行任意的调节.这种基于静态无源超构声呐的声束动态扫描机制为声波的时空调控开辟了新的研究范式,并有望在水下对抗、超声诊疗等重要领域产生实际应用价值.

双折射晶体中的“面—体”复合型双曲极化激元

光是人类认识宏观和微观世界的主要媒介,对光与物质相互作用的研究不断拓展着科学的边界,推动着技术的革命。然而,光的波动本性决定了我们很难将光场限制在深亚衍射极限的纳米尺度。如何在纳米尺度对光与物质的相互作用进行调控是当今光物理、光化学、光信息等众多研究领域的核心科学问题。