作者单位
摘要
南京大学 现代工程与应用科学学院, 江苏 南京 210093
利用液晶的自组装和刺激响应特性,实现近晶相液晶多层级超结构的灵活构筑、动态操控和多功能应用对于激发更多前沿的创新性功能器件并推动液晶超结构的实用化进程具有重要意义。本文从近晶相液晶超结构的生长制备、多元外界刺激对缺陷结构的调制方法和动态调控规律等方面进行系统研究。首先,探究了图案化取向场和旋涂条件对近晶相液晶拓扑超结构的形态与大小的操控;然后,验证了焦锥畴超结构的微透镜成像功能,并通过材料复合优化和引入聚合物稳定策略,实现了正方焦锥畴阵列在35 ℃下(向列相)的电刺激动态调控性能;最后,研究了手性、光场和热场对双相态液晶超结构带来的多维度调控。本研究充分利用光取向场、聚合物网络、电场、手性、光场等多元外场刺激,实现了对近晶相液晶多层级超结构的多维度调控。
液晶 近晶相 光控取向 超结构 动态调控 手性 liquid crystal smectic phase photoalignment superstructure dynamic control chirality 
液晶与显示
2024, 39(3): 289
Author Affiliations
Abstract
Australian National University, Research School of Physics, Nonlinear Physics Center, Canberra, Australian Capital Territory, Australia
We review the physics and some applications of photonic structures designed for the realization of strong nonlinear chiroptical response. We pay much attention to the recent strategy of utilizing different types of optical resonances in metallic and dielectric subwavelength structures and metasurfaces, including surface plasmon resonances, Mie resonances, lattice-guided modes, and bound states in the continuum. We summarize earlier results and discuss more recent developments for achieving large circular dichroism combined with the high efficiency of nonlinear harmonic generation.
chirality metaphotonics dielectric metasurfaces plasmonic metasurfaces nonlinear optics bound states in the continuum 
Advanced Photonics
2023, 5(6): 064001
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
为了分析球形颗粒的手性信号增强机理,基于T矩阵法对手性球形颗粒的Mie散射特性进行了研究,分析了基于入射光束轨道角动量(OAM)的调控和颗粒特性参数调控的手性信号增强机理。对紧聚焦线偏振光的波前进行调控,通过调控光束携带OAM的符号实现OAM二色性的测量,并研究OAM阶数与手性信号强度之间的关系。当光束携带OAM的阶数与小球的尺寸相匹配时得到较圆偏振光散射圆二色性信号22.8倍的提升。同时分析了小球特性参数(颗粒尺寸、手性参数)对OAM二色性信号的影响。
轨道角动量 Mie散射 T矩阵 手性测量 光场调控 orbital angular momentum Mie scattering T matrix measurement of chirality field manipulation 
光学仪器
2023, 45(3): 80
Author Affiliations
Abstract
Institute of Electrical and Microengineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Nanophotonics and Metrology Laboratory, Lausanne, Switzerland
We propose a framework that connects the spatial symmetries of a metasurface to its material parameter tensors and its scattering matrix. This provides a simple and universal way to effortlessly determine the properties of a metasurface scattering response, such as chirality or asymmetric transmission, and which of its effective material parameters should be taken into account in the prospect of a homogenization procedure. In contrast to existing techniques, this approach does not require any a priori knowledge of group theory or complicated numerical simulation schemes, hence making it fast, easy to use and accessible. Its working principle consists in recursively solving symmetry-invariance conditions that apply to dipolar and quadrupolar material parameters, which include nonlocal interactions, as well as the metasurface scattering matrix. The overall process thus only requires listing the spatial symmetries of the metasurface. Using the proposed framework, we demonstrate the existence of multipolar extrinsic chirality, which is a form of chiral response that is achieved in geometrically achiral structures sensitive to field gradients, even at normal incidence.
spatial symmetries metamaterials bianisotropy multipoles chirality 
Advanced Photonics
2023, 5(4): 046001
作者单位
摘要
宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
本文提出了一种基于相变材料Ge2Sb2Te5 (GST)的圆二色性可调谐外在手征超表面,该超表面由两层对称的银(Ag)方形开口谐振环和GST中间层单元周期排列而成。结合斜入射光线,该超表面能实现与手征结构相同的电磁特性。数值模拟结果表明:该超表面在50 THz~300 THz的频率范围内,GST为非晶态时,圆二色性(CD)值最大为0.85;GST为晶态时,CD值最大为0.52。当GST在两种相态(非晶态-晶态)之间切换时,实现了70 THz左右的频率调谐。通过研究电场分布,解释了圆二色性产生的原因;还研究了入射角和结构参数对该超表面圆二色性的影响。这项研究在光频段高效偏振调制器件、圆偏振器和偏振滤光器等方面有潜在的应用价值。
超表面 外在手征 圆二色性 可调谐 metasurface extrinsic chirality circular dichroism tunable 
光电工程
2022, 49(10): 220092
作者单位
摘要
西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西 西安 710048
在涡旋光激光器中,同阶次的两个相反手性模式通常呈现叠加输出。建立了同阶次相反手性模式的部分相干叠加模型,实验研究了在连续和被动调Q运行下相反手性模式的叠加特性。在低功率泵浦下,连续运行时两个手性的模式相干叠加形成花瓣状光斑,两个模式的初相位差决定了花瓣光斑节线的方向,而调Q运行时花瓣节线的方向随脉冲序列随机变化。在高功率泵浦下,相反手性模式形成非相干叠加,此时光斑虽然为圆环状,但是光束不具有涡旋相位,这是模式激烈竞争下相位的随机变化导致的。通过倾斜输出镜和被动调Q对手性进行控制,产生了功率分别为0.88、0.85、0.79 W的LG0,±1模、LG0,±2模、LG0,±3模连续涡旋光束和重复频率为12.6 kHz、脉冲宽度为28.6 ns、峰值功率为1.33 kW的LG0,±1脉冲涡旋光束。
激光器 固体激光器 涡旋光 模式叠加 手性控制 
光学学报
2022, 42(21): 2114002
作者单位
摘要
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
传统光学手性测量是基于物质结构对左旋和右旋圆偏振光响应的差异实现的, 而光的圆偏振状态对应光子自旋角动量 (SAM) 状态。光子轨道角动量 (OAM) 的发现为光子状态扩展了新的自由度, 在手性测量领域引入光子 OAM 态有助于探索新的物质手性测量方法。从光子 SAM、OAM 以及光学手性的基本概念入手, 综述了近年来国内外基于光子 OAM 的手性测量方法。现有的研究结果表明, 通过引入光子 OAM 态可以增强传统圆二色谱的测量。另一方面, 基于光子自旋-轨道耦合效应或光场与分子电四极矩的高阶相互作用, 手性信号可以通过直接改变光子 OAM 量子数的符号进行测量。此外, 高阶光子 OAM 态可用于提高尺寸较大的颗粒的手性响应。最后讨论了光场时空涡旋调控技术的最新进展并展望了其未来在手性测量中的潜在应用。
光谱学 光学测量 手性 轨道角动量 圆二色测量 光场调控 spectroscopy optical measurement chirality orbital angular momentum circular dichroism light field manipulation 
量子电子学报
2022, 39(2): 272
Author Affiliations
Abstract
1 Southeast University, State Key Laboratory of Millimeter Waves, Nanjing, China
2 Dalian Maritime University, School of Information Science and Technology, Dalian, China
3 University of California San Diego, Department of Electrical and Computer Engineering, San Diego, California, United States
Controlling energy flow in waveguides has attractive potential in integrated devices from radio frequencies to optical bands. Due to the spin-orbit coupling, the mirror symmetry will be broken, and the handedness of the near-field source will determine the direction of energy transport. Compared with well-established theories about spin-momentum locking, experimental visualization of unidirectional coupling is usually challenging due to the lack of generic chiral sources and the strict environmental requirement. In this work, we design a broadband near-field chiral source in the microwave band and discuss experimental details to visualize spin-momentum locking in three different metamaterial waveguides, including spoof surface plasmon polaritons, line waves, and valley topological insulators. The similarity of these edge waves relies on the abrupt sign change of intrinsic characteristics of two media across the interface. In addition to the development of experimental technology, the advantages and research status of interface waveguides are summarized, and perspectives on future research are presented to explore an avenue for designing controllable spin-sorting devices in the microwave band.
chirality metamaterials microwaves spoof surface plasmon polaritons waveguides 
Advanced Photonics
2022, 4(4): 046004
作者单位
摘要
1 上海理工大学 光电信息与工程学院,上海 200093
2 东南大学 电子科学与工程学院 先进光子学中心,南京 210096
作为生物体的本质属性,物质的手性表征在生理学和药理学领域有着重要的意义。当电磁波与手性材料作用时,会出现旋光效应、圆二色性和手性光力等特殊的光学活性现象,并成为材料手性检测的强大工具。由于手性分子的结构远小于激发光的波长,因此分子自身的手性光学效应通常很弱,极大限制了检测技术的精度。近年来,纳米光子技术的进步有望增强纳米尺度下光与物质之间原本很弱的手性光学效应,使得手性的高灵敏度、高分辨率检测成为可能。回顾了手性光学的发展及其在生物分子检测等方面的应用,讨论了基于等离子耦合圆二色性和超手性近场在圆二色性增强方面的策略,介绍了基于横向手性光力的物质构型分选和基于结构光场光力效应的手性结构表征方法,并对该领域未来进一步的发展进行了展望。
应用光学 纳米光子学 手性传感 圆二色性增强 光镊 Applied optics Nanophotonics Chirality sensing Enhanced circular dichroism Optical tweezers 
光子学报
2022, 51(5): 0551301
肖姗 1,2许秀来 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190
2 中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049
3 松山湖材料实验室, 广东 东莞 523808

手性量子光学在量子信息技术研究领域中受到了广泛的关注,其主要研究光在微纳结构中自旋依赖的手性耦合及传输行为。利用手性光与物质的相互作用可以增强光子与量子发射器的耦合,赋予纳米光子器件新的功能和应用,从而推动手性量子光学在量子信息领域中的大规模应用。主要对基于半导体量子点的片上手性纳米光子器件进行了综述,重点讨论了半导体量子点的光学性质和手性光与物质相互作用的物理机制,在此基础上对近年来应用手性耦合原理实现的多功能手性光子器件进行了总结,并对手性量子光学的未来应用场景进行了展望。

量子光学 量子点 手性 纳米光子器件 集成光学 
光学学报
2022, 42(3): 0327009

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