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低维材料非线性光学与器件专题编者按
2020, 69 (18): 180101.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +

青年科学评述

里德堡原子多体相互作用的研究进展
张正源, 张天乙, 刘宗凯, 丁冬生, 史保森
2020, 69 (18): 180301.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
多体量子系统的相互作用是研究量子信息科学必须要解决的瓶颈性问题之一. 里德堡(Rydberg)原子具有很大的电偶极矩, 使得它可以实现长程的相互作用, 为研究多体量子物理提供了有力的技术手段. 因而Rydberg原子多体系统是多体相互作用探究的理想平台, Rydberg原子多体相互作用的研究对多体量子系统的相互作用的性质研究和应用探究有着重要意义. 本文综述了关于Rydberg原子多体相互作用方面的研究, 介绍了由Rydberg原子的多体相互作用引起的Rydberg阻塞效应、Rydberg原子多体系统拉比频率的变化以及Rydberg原子多体系统呈现的特别的空间构型; 同时介绍了利用Rydberg原子多体相互作用实现一些应用的工作, 如实现单光子源、量子存储、实时单原子成像以及量子模拟等, 并讨论了Rydberg原子多体系统的研究方向和应用前景.
基于结构反转二维光子晶体的拓扑相变及拓扑边界态的构建
方云团, 王张鑫, 范尔盼, 李小雪, 王洪金
2020, 69 (18): 184101.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
构建了二维六角蜂窝晶格的两种结构, 让散射体和基体材料反转. 由于特有的点群对称, 该晶格在布里渊区中心具有类比电子体系的p轨道和d轨道. 在散射体和基体反转的两种结构中, p轨道和d轨道也直接实现了反转. 定量分析了产生轨道反转的原因来自于低频局域共振产生空气带和介质带的反转. 通过p轨道和d轨道的宇称特性, 构建了类比电子体系量子自旋霍尔效应的赝自旋态. 通过Γ点处有效哈密顿量的分析, 揭示轨道反转导致的拓扑相变. 通过结构的优化, 构建了基于赝自旋的拓扑边界态. 电磁波仿真模拟和能流矢量分析证明了结构具有电子体系量子自旋霍尔效应的特性, 即自旋与传播方向锁定和拓扑保护. 结果也证明经典波量子自旋霍尔效应的实现可以不经历带隙关闭的过程. 与同类型的研究相比较, 本文的结构不需要晶格的缩放, 具有设计简单、带隙宽和边界态局域性较强的特点.
二维纳米材料及其衍生物在激光防护领域中的应用
刘志伟, 张斌, 陈彧
2020, 69 (18): 184201.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
为了实现同步防护脉冲激光和连续波或准连续波激光的攻击, 人们在过去几十年间已经投入了大量的人力和物力来研发高性能光限幅材料. 石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维纳米材料拥有许多优异独特的性质, 激发了全世界的广泛研究兴趣. 本文简要回顾了基于石墨烯、黑磷、过渡金属硫化物和钙钛矿等最具代表性的二维材料及其有机/高分子衍生物在激光防护领域中的研究进展、存在的亟待解决的关键科学问题和未来的发展趋势. 为了充分利用这些二维纳米材料的优点, 人们可以使用功能小分子或聚合物与它们进行共混掺杂, 制备复杂的多相材料体系, 也可以将可溶性的有机/高分子共价功能化的二维纳米材料掺杂于高分子基质中形成主客体复合材料, 这些制备方法有助于促进或提高整个体系的光限幅能力. 总而言之, 一个优化的复杂的多组份纳米材料体系能极大地增强光限幅器件的性能和适应性. 此外, 开展二维纳米材料和它们的衍生物在不同固体基质中展现出来的光物理和光子性质研究, 将有助于在分子水平上实现对这些纳米材料的改性.
融合偏振信息的多孔径水下成像算法
刘宾, 赵鹏翔, 赵霞, 罗悦, 张立超
2020, 69 (18): 184202.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
水下光学成像是探索水下奥秘的关键技术, 但是环境中介质吸收和背向散射效应会造成图像严重退化. 基于差分偏振的复原技术是水下图像复原技术的主要方法之一, 通过正交偏振图之间的共模抑制实现背景散射光的抑制, 但是相关研究表明该方法对于非均匀光场等情况的恢复效果一般, 其原因主要在于非均匀光场条件下偏振度和强度的估计误差. 针对上述问题, 本文提出融合偏振信息的多孔径水下成像技术, 该方法利用相机阵列实现虚拟大孔径成像系统, 从而获取广角光场信息, 进而融合场景的深度信息实现背景散射和偏振度的精确估计, 估计参数值能更好地反映场景的全局特征. 对浑浊水下环境中不同偏振度目标进行成像实验, 与目前先进的复原算法进行对比, 结果表明, 本文方法能够有效克服水下非均匀光场带来的问题, 得到高质量的复原结果.
暗态多极赝局域等离子模式的太赫兹涡旋光激发
葛一凡, 吴毅萍, 臧小飞, 袁英豪, 陈麟
2020, 69 (18): 184203.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
理论分析和实验验证了太赫兹涡旋光与带有周期性亚波长金属褶皱圆盘中暗态多极赝局域等离子模式的相互作用. 研究结果表明, 携带不同轨道角动量和自旋角动量的太赫兹涡旋光可以决定最终激发出的太赫兹暗态多极等离子模式, 此结果和光频段的理论分析一致. 利用太赫兹近场扫描方法对涡旋光的自旋和轨道角动量与暗态多极等离子模式的对应关系进行了实验论证, 实验结果与理论仿真符合较好. 研究成果将对太赫兹物理、等离子体以及成像领域研究起到一定的促进作用.
用于光学薛定谔猫态制备的滤波设计与滤波腔腔长测量
翟泽辉, 郝温静, 刘建丽, 段西亚
2020, 69 (18): 184204.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
$ {l_{{\rm{FC}}}}$应满足条件$ 189 \;{\text{μm}}> {l_{{\rm{FC}}}} > 119\;{\text{μm}}$, 如此短的腔长用常规方法难以较准确地测量. 利用高阶横模的古依相移测得腔长为$ 141 \;{\text{μm}}$, 满足设计要求. 该测量方法不依赖于腔内任何介质的色散等特性, 具有一定的普遍性.">光学薛定谔猫态不仅是量子力学基本问题的主要研究对象之一, 也是连续变量量子信息的重要资源. 在其实验制备中, 对触发光路进行滤波操作是决定猫态的纯度、产率等重要参数的关键环节. 本文介绍实验中的滤波设计以及滤波腔腔长的测量方法. 依据设计要求, 腔长$ {l_{{\rm{FC}}}}$应满足条件$ 189 \;{\text{μm}}> {l_{{\rm{FC}}}} > 119\;{\text{μm}}$, 如此短的腔长用常规方法难以较准确地测量. 利用高阶横模的古依相移测得腔长为$ 141 \;{\text{μm}}$, 满足设计要求. 该测量方法不依赖于腔内任何介质的色散等特性, 具有一定的普遍性.
基于铋纳米片可饱和吸收被动调Q中红外单晶光纤激光器
郝倩倩, 宗梦雨, 张振, 黄浩, 张峰, 刘杰, 刘丹华, 苏良碧, 张晗
2020, 69 (18): 184205.  出版时间: 2020-09-20
摘要 +
铋纳米片作为一种新型二维材料, 具有合适的带隙、较高的载流子迁移率和较好的室温稳定性, 加上优异的电学和光学特性, 是实现中红外脉冲激光的有效调制器件. 中红外单晶光纤兼备晶体和光纤的优势, 是实现高功率激光的首选增益介质. 本文采用超声波法成功制备了铋纳米片可饱和吸收体, 并首次将其用于二极管抽运Er:CaF2单晶光纤中红外被动调Q脉冲激光器中. 在吸收抽运功率为1.52 W时, 获得平均输出功率为190 mW的脉冲激光, 最窄脉冲宽度为607 ns, 重复频率为58.51 kHz, 对应的单脉冲能量和峰值功率分别为3.25 μJ和5.35 W. 结果表明, 使用铋纳米片作为可饱和吸收体, 是实现结构紧凑的小型中红外单晶光纤脉冲激光的有效技术途径.
金薄膜衬底上介质-金属核壳结构的光学力调控
张佳晨, 鱼卫星, 肖发俊, 赵建林
2020, 69 (18): 184206.  出版时间: 2020-09-20
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采用时域有限差分法和麦克斯韦应力张量法, 系统研究了金薄膜衬底上介质-金属核壳结构所受的光学力. 研究结果表明: 由于核壳结构与衬底之间强的等离激元模式杂化效应, 其所受的光学力相较于单个核壳结构实现了一个数量级的增强; 同时, 通过改变激发波长, 实现了局域电场分布的调控, 以此观察到了核壳结构光学力方向的可控反转; 进一步, 详细分析了核壳结构所受光学力随其到衬底间距、内核介质的尺寸及折射率等的变化关系, 以此丰富了光学力大小、方向和峰值波长的调控方法. 研究结果可为精确控制颗粒/金属薄膜纳米腔的尺寸提供一种新的途径, 并为调控单分子级的光与物质相互作用、研发新型纳米光子器件提供有益参考.
耦合光学微腔的频率调谐过程分析
徐昕, 金雪莹, 高浩然, 程杰, 陆洋, 陈东, 于连栋
2020, 69 (18): 184207.  出版时间: 2020-09-20
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不同的频率失谐会在耦合光学微腔激发出不同的工作模式. 以两个耦合光场的非线性薛定谔方程为理论模型, 分别研究了失谐参量正调谐和负调谐过程中微腔内光场的变化. 理论分析结果表明, 在正失谐区域中, 腔内光场可由多脉冲形式演变为亮孤子, 但亮孤子存在范围较小, 当失谐参量过大时, 腔内光场会演化为直流分布. 在负失谐区域, 腔内可以形成较高功率“图灵环”形式的光场. 当耦合微腔没有发生频率失谐, 或者失谐参量接近0时, 腔内只能形成混沌形式的光场分布. 当耦合微腔内激发出光孤子后, 通过选取合适的失谐参量和抽运功率, 可在腔内维持稳定的亮孤子. 此外还可通过继续调谐第一个微腔的失谐参量, 将亮孤子转变为低功率的“图灵环”. 理论分析结果对耦合微腔的实验研究具有重要意义.
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