暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通讯重点实验室，广东 广州 511443
传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子，可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来，光学斯格明子被人们所提出，并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明子的研究进展，详细介绍了光学斯格明子的拓扑结构分类、不同矢量构型光学斯格明子的产生与调控，并对其潜在应用进行了展望，为本领域进一步快速发展提供了参考。
物理光学 斯格明子 拓扑光学 结构光场调控 光学学报
2024, 44(10): 1026005
1 南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300071
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
光学元件的小型化与集成化一直是光场调控和集成光学领域的研究重点与难点之一。光学人工微结构具有在亚波长尺度上灵活调控光场振幅、偏振、相位、频率等属性的能力。通过与片上光波导或微腔集成，人工微结构可以为实现更紧凑的片上集成光子学器件以及更精确、更丰富的光场调控提供新的解决方案和更多的可能性。本文依据片上集成人工微结构在不同环节中调控的光场类型的差异，将其分成三类进行了讨论。介绍了基于不同设计原理的片上集成人工微结构在自由空间光入射耦合、波导模式面内调控以及离片辐射场调控方向的研究进展，并对该领域的部分新兴方向进行了展望。
人工微结构 超构表面 光场调控 集成光学 微纳光学 光学学报
2024, 44(10): 1026004
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Surface Physics, Key Laboratory of Micro- and Nano-Photonic Structures (Ministry of Education) and Department of Physics, Fudan University, Shanghai, China
2 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Electronics, Peking University, Beijing, China
3 College of Physics, Chongqing University, Chongqing, China
4 Institute for Nanoelectronic devices and Quantum computing, Fudan University, Shanghai, China
5 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing, China
6 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai, China
Optical bound states in the continuum (BICs) have recently stimulated a research boom, accompanied by demonstrations of abundant exotic phenomena and applications. With ultrahigh quality (Q) factors, optical BICs have powerful abilities to trap light in optical structures from the continuum of propagation waves in free space. Besides the high Q factors enabled by the confined properties, many hidden topological characteristics were discovered in optical BICs. Especially in periodic structures with well-defined wave vectors, optical BICs were discovered to carry topological charges in momentum space, underlying many unique physical properties. Both high Q factors and topological vortex configurations in momentum space enabled by BICs bring new degrees of freedom to modulate light. BICs have enabled many novel discoveries in light–matter interactions and spin–orbit interactions of light, and BIC applications in lasing and sensing have also been well explored with many advantages. In this paper, we review recent developments of optical BICs in periodic structures, including the physical mechanisms of BICs, explored effects enabled by BICs, and applications of BICs. In the outlook part, we provide a perspective on future developments for BICs.
bound state in the continuum light trapping topological charge polarization vortex momentum space light field manipulation photonic crystal slab nanophotonics Photonics Insights
2024, 3(1): R01
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
回顾了水下轨道角动量（OAM）模式光通信的研究进展，简要介绍了OAM模式的原理和产生、测量方法，全面综述了水下OAM模式的多种光通信方式（编码、复用、广播）以及涉及空水界面的光通信和快速自动对准辅助的光通信，同时介绍了水下其他结构光通信和基于OAM模式的复杂介质光通信。讨论了该领域的未来发展趋势。作为一种空间结构光场，将OAM模式引入水下光通信可开发空间新维度资源，为光通信可持续扩容提供新途径，提高无线光通信在水下短距互连的优势；OAM模式与水下传统通信方式及水下感知技术相结合，有望更好地满足未来高速海洋环境通信和高效海洋资源开发的发展需求。
光通信 水下无线光通信 轨道角动量 结构光 空间维度 光场调控
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
2 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
3 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室，北京 100081
超表面器件的亚波长单元结构能够与光产生强烈的相互作用。通过对超原子的优化设计，能够对光场的各个参量进行多维度调控，为包括全息显示在内的众多应用光学领域带来全新的解决思路与方案。针对全息显示中核心光电调制器件能力有限的问题，发挥超表面器件超强的光场控制能力，利用多维度的复用调控，实现对信息通道数量的扩展，提升显示质量与效果。随着对超表面光场调控机制与复用技术的深入研究，超表面自身与相关应用领域都得到了长足发展。本文围绕超表面进行论述，着重介绍本课题组在多维度超表面的光场调控及全息显示中的研究进展。
超表面 光场调控 多维度 全息显示 光学学报
2023, 43(15): 1524001
南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093
光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格, 可以实现高效灵活的非线性频率转换, 并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料, 经历了从体块到薄膜的发展, 伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破, 催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。
光学超晶格 体块材料 铌酸锂薄膜 准相位匹配 激光技术 光场调控 集成光子学 optical superlattice bulk material LiNbO3 thin film quasi phase matching laser technique light field manipulation integrated photonics 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1527
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
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Material Physics and Chemistry under Extraordinary Conditions, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
2 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China
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Metasurfaces, with extremely exotic capabilities to manipulate electromagnetic (EM) waves, have derived a plethora of advanced metadevices with intriguing functionalities. Tremendous endeavors have been mainly devoted to the static metasurfaces and metadevices, where the functionalities cannot be actively tuned in situ post-fabrication. Due to the intrinsic advantage of active tunability by external stimulus, graphene has been successively demonstrated as a favorable candidate to empower metasurfaces with remarkably dynamic tunability, and their recent advances are propelling the EM wave manipulations to a new height: from static to dynamic. Here, we review the recent progress on dynamic metasurfaces and metadevices enabled by graphene with the focus on electrically-controlled dynamic manipulation of the EM waves covering the mid-infrared, terahertz, and microwave regimes. The fundamentals of graphene, including basic material properties and plasmons, are first discussed. Then, graphene-empowered dynamic metasurfaces and metadevices are divided into two categories, i.e., metasurfaces with building blocks of structured graphene and hybrid metasurfaces integrated with graphene, and their recent advances in dynamic spectrum manipulation, wavefront shaping, polarization control, and frequency conversion in near/far fields and global/local ways are elaborated. In the end, we summarize the progress, outline the remaining challenges, and prospect the potential future developments.
metasurface dynamic metasurface graphene graphene plasmons light field manipulation electromagnetic wave manipulation Opto-Electronic Advances
2022, 5(4): 200098
1 华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
2 厦门大学物理科学与技术学院, 福建 厦门 361005
光子横向空间模式包括角向模式和径向模式两个自由度,它们都可以用来构建一个高维的Hilbert空间。在过去20年里,角向模式如光子轨道角动量已经得到了深入的研究,并被广泛应用于经典光学和量子信息领域。然而,目前关于径向模式的研究还比较缺乏,尚处于探索阶段,因此径向模式量子数一度被称为“被遗忘的量子数”。由于光子径向模式具有独特的光场特性,故近年来科学家们对它的研究兴趣与日俱增。系统介绍了高阶径向模式的制备、探测与调控技术,特别是光子径向模式间的量子纠缠关联特性及其在量子力学基本问题检测和高维量子信息领域处理中的应用研究进展。
1 集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区, 吉林 长春 130012
2 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
在有机电致发光器件(OLEDs)中,由于存在多种光子束缚模式,其光提取效率很低。在有机太阳能电池(OPVs)中,有机材料的载流子迁移率较低,需要控制有源层厚度,导致光吸收不足,降低光电转换效率。利用金属等离子体微纳结构调控有机光电器件中的光场分布,是提高器件效率的有效方法之一。对基于金属等离子体微纳结构调控有机光电器件光场分布的最新研究进展进行总结,并详细讨论利用等离子体金属结构提高OLEDs的光提取效率和OPVs的光吸收效率的机理和方法。
表面光学 表面等离子体 光场调控 有机电致发光器件 有机太阳能电池 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202406
