国内短期访学对本科生培养的重要性——以南开大学物理“伯苓班”为例

本文以南开大学物理＂伯苓班＂为例,讨论了国内短期访学对本科生培养的重要性.通过带领学生们到国内兄弟单位进行2~4天的课程学习、实验学习、实验室参观以及与师生们的座谈等活动,开阔了学生们的眼界,找出差距,树立目标,促使他们寻找自我发展的道路.该活动对树立学生们的学术理想、学习精神有着非常积极的意义,并促进了校际之间的交流和探讨.本文还对国内短期游学需要注意的一些问题进行了探讨.

铌酸锂导电畴壁及其应用

铌酸锂(LiNbO3,LN)是一种多功能的单轴铁电材料,广泛应用于光学调制器、光学频率梳、光波导等领域。导电畴壁(DW)作为镶嵌在绝缘材料中纳米尺度的导电通道,在非易失性存储器、逻辑门、晶体管等领域展现出重要的应用前景,促进了铌酸锂在纳米光电子学领域的应用。绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)畴壁p-n结的实现有望进一步促进铌酸锂基光电一体化芯片的发展进程。本文简要回顾了铌酸锂导电畴壁的研究进展,介绍了畴壁的制备、导电机制、导电类型和畴壁的应用,重点介绍了铌酸锂畴壁p-n结的研究,进一步结合应用热点概述了铌酸锂畴壁光电子器件开发进程中的关键问题、机遇和挑战。

随机光学重构显微术及其应用研究进展

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。

受激声子极化激元与太赫兹光物理(特邀)

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。

激光超衍射加工机理与研究进展

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.

铌酸锂晶体的缺陷结构

铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体,在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景,被誉为“光学硅”或“光子学硅”。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展,铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌酸锂是一种典型的非化学计量比晶体,其含有大量的本征缺陷,严重影响了晶体性能;同时,铌酸锂晶格对众多杂质离子都有良好的固溶性,而且晶体的性质随着杂质离子的种类和浓度不同产生显著变化。如同单晶硅等半导体材料的缺陷工程,缺陷已经并且必将继续对晶体的性能及铌酸锂集成光子学产生重要影响。本文对铌酸锂晶体的缺陷结构做了一个简要的回顾,尤其是近期涉及薄膜铌酸锂晶体的相关内容,涵盖了本征缺陷结构、非本征缺陷结构、缺陷结构的表征、缺陷结构的理论计算、缺陷结构与晶体性能的构效关系等方面,以期对当前的铌酸锂集成光子学研究贡献微薄之力。

铌酸锂薄膜微腔激光器研究进展(特邀)

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。

基于光学人工微结构的光场调控研究

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.

基于电磁感应透明效应的光学图像加减

电磁感应透明效应是基于原子不同跃迁通道之间的量子相干效应,可以使得原子系综对于光场的吸收率降低,甚至接近于0,同时在原子共振频率附近伴随着强烈的色散,因而被广泛应用于群速度调控、光脉冲存储和光场的相干调控等领域.本文基于电磁感应透明效应,通过信号光场、耦合光场和读取光场操控复现光场,在4 f系统的像面上实现了光学图像的加减操作.相较于通常在频谱面上利用余弦光栅进行滤波的方案,基于电磁感应透明效应的方案无需制备频谱面滤波掩膜版,并且只产生正一级和负一级衍射图像,无0级衍射图像干扰,可广泛应用于光学图像的动态实时处理.

铌酸锂的耄耋之路:历史与若干进展

铌酸锂集压电、倍频、电光和光折变等特性于一身,被认为是非线性光学的模型晶体,已经表现出巨大的实用价值。铌酸锂在其诞生以来的近百年中,已经在国土安全、医学检测、高能物理、工业探测等领域占据着不可或缺的地位。随着微纳技术的发展,近年来铌酸锂微纳结构中新型光学效应的研究,已经成为国际上竞相争夺的前沿热点之一,相关研究对于产生新型微纳光子学器件具有重要推动作用。本文主要围绕铌酸锂的光学性质综述了其发展历史,同时介绍其在微纳光学领域的研究现状,并对其未来发展进行了展望。

铌酸锂晶体的光折变效应

铌酸锂(LiNbO_(3),LN)是一种多功能多用途的人工晶体,被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速,有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度,使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称,是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控,重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果,概述了铌酸锂光折变波导和孤子,及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应,并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势,在光子学芯片的竞争中占据主导地位。

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

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。

基于电介质超表面的双频带双偏振通道波前调控

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。

人工光学微纳结构中的连续体束缚态:原理、发展及应用

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。

基于激光消融技术的斑马鱼条纹再生的研究

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。

成骨细胞钙响应在稳恒、脉冲流体中的实时检测和研究

利用微流控剪切力芯片系统为原代成骨细胞提供准确可控的流体剪切力(Fss)刺激.实时监控成骨细胞钙信号在稳恒、脉冲流体作用下的变化,通过改变刺激强度、刺激时间、重复次数来研究成骨细胞对外部力学条件的准确感知和响应.实验结果表明:稳恒剪切力诱导的胞内钙响应曲线明显包含两个区间:钙峰区和平台区.钙峰区对力学强度敏感,而平台区对刺激时间敏感.在多次脉冲流体刺激下,钙响应随着重复次数逐步衰减,其衰减速度与刺激间隔时间成反比.

铌酸锂晶体:从全息存储到三维显示

铌酸锂晶体是一种多功能、多用途的人工晶体材料,具有温度稳定性好、易于光学冷加工、性能易调控等优势。作为典型的光折变晶体,铌酸锂被广泛应用于高密度光存储、激光物理、信息处理和计算等研究与应用领域。伴随海量存储及动态全息三维显示的巨大需求与快速发展,基于铌酸锂晶体的三维光存储及动态显示再次成为研究热点。针对上述研究与应用,综述了铌酸锂晶体光折变全息存储及显示的原理、研究历史和最新进展,并对未来可能的发展方向进行了展望。

基于傅里叶分析的超表面多维光场调控

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。

365nm长波紫外光辐照对人嗜中性粒细胞内钙离子浓度的影响

紫外光在临床医学上的众多应用中最值得关注的是紫外光照射自血回输疗法,但其具体机制尚未清楚.基于倒置荧光显微镜光路,在单细胞水平上,分别以连续式和间隔式365 nm长波紫外光辐照射血液中数量最多的白细胞-嗜中性粒细胞,检测其对细胞内钙离子浓度的影响.结果表明,相对低剂量的长波紫外光辐照会使胞内钙浓度升高,而较高剂量的紫外光可导致胞内钙浓度下降,甚至低于起始钙浓度.此外,胞外无钙的情况下,紫外仍可引起胞内钙升高,说明紫外引起胞内钙库释放导致胞内钙浓度升高.为探讨紫外光照射自血回输疗法的作用机理提供一定的实验支持.

超表面多维光场调控及基于机器学习的优化

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.