Structuring Polarization States of Light in Space and Time
本研究提出一类新型光时空偏振态，构建广义时空高阶庞加莱球阐明其叠加机制，经飞秒脉冲实验验证偏振演化规律，并拓展生成时空斯格明子纹理，为多维结构偏振场调控及相关光学应用提供通用框架。
2025-09-06 physics.optics
An epsilon-near-zero-based nonlinear platform for ultrafast re-writable holography
University of Ottawa（渥太华大学）；Tampere University（坦佩雷大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Yale University（耶鲁大学）；Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
基于介电常数近零的ITO薄膜实现超快可重写全息术，展示高效光调制与快速原型设计能力。
2025-12-18 physics.optics
Laser structuring for control of coupling between THz light and phonon modes
蓝宝石的表面和体积的修改示出影响在太赫兹光谱范围内的反射和透射光。使用1030 nm和257.5 nm波长的超短230 fs激光脉冲进行结构修改，分别形成约250 nm和60 nm周期的表面波纹。横向光学声子TO1模式的软化，由于无序是最明显的激光烧蚀表面的反射。结果表明，由于太赫兹辐射与声子的耦合，激光损伤点的次表面周期图案也改变了反射谱。讨论了激光结构化和无序化在声子工程中的应用潜力。
2016-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Towards broadband dynamic structuring of a complex plasmonic field
定制相干表面等离子体激元（SPP）场的能力是朝着广泛的纳米光子应用（例如传感[1，2]、纳米电路[3，4]、光学数据存储[5，6]、超分辨率成像[7，8]、等离子体镊子[9，10]和面内通信[11]）的许多新机会迈出的重要一步。扫描会聚SPP光点或使用光点集合设计SPP轮廓之前都已得到证明[12-14]。然而，SPP通常由强相干光源激光激发。因此，相邻光斑之间的干涉是不可避免的，并且将影响整个SPP场分布。在这里，我们报告了一个可重构的和波长无关的平台，用于生成定制的2D SPP场分布，通过考虑作为一个整体，而不是单个点的相干场。新的视角也使我们能够揭示隐含在二维相干场分布的内在约束。我们的通用设计方法不仅适用于SPP波，也适用于其他二维波系统，如表面声波[15]。
2017-02-16 physics.optics
Optomechanical self-structuring in cold atomic gases
迅速发展的光学力学领域旨在光学和机械（固态或原子）模式的联合控制。特别是，激光冷却原子已被用来利用光机械耦合的自组织在各种方案中，其中可访问的长度尺度的泵浦模式和那些相关联的第二个强加的轴，通常是一个腔轴的组合约束。在这里，我们考虑一个系统，围绕一个单一的杰出的轴，其中两个对称性-旋转和平移的平面正交的泵轴-自发地打破了许多空间自由度。我们观察到的冷原子云和光泵光束的密度的同时空间结构。由此产生的图案具有六边形对称性。该实验展示了通过具有可调节长度尺度的光机械自组装来操纵物质，并且可以潜在地扩展到量子简并气体。
2013-08-06 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.atom-ph
Spatial structuring of light for undergraduate laboratory
近年来，空间光调制器已成为光学实验室以及工业环境中的常用工具，以形成光束的空间结构。虽然这些设备通常易于使用，但它们通常成本很高，以至于它们远未在许多本科实验室中实现。然而，在过去的几年里，在开发更具成本效益的投影仪方面的进展已经导致了所谓的数字微镜器件（DMD）形式的负担得起的空间光调制器。这种价格的降低，以及它们的简单使用，使这些设备越来越适合本科实验室演示光学效应和光场的成形。在这里，我们展示了使DMD可用的最具成本效益的方法之一，即将投影机评估模块变成计算机控制的空间光调制器。我们解释了基本的功能，以及如何这种低成本的空间光调制器可以在本科实验室使用。我们进一步表征了最常用的激光波长的设备的效率，并展示了各种示例性的光学实验，适合本科实验室，从单缝和多缝衍射，光学傅立叶变换。最后，我们表明，使用振幅全息，该设备可以用来产生横向空间模式，例如拉盖尔-高斯光束，这是最常用的空间结构光束之一。
2020-09-24 physics.ed-ph physics.optics
Flat Magic Window
魔术窗（或镜子）由具有表面变形或厚度分布的光学装置组成，以这种方式设计以形成所需的图像。相关的图像强度分布已被证明是与表面浮雕的高度的拉普拉斯算子。我们在实验上实现了这样的设备与平面光学采用光学自旋轨道角动量耦合，这代表了一个新的范例光操纵。设计平面光学器件所需的图案和实验规格是通过可重构的空间光调制器来实现的，该空间光调制器充当魔镜。平板，光学自旋轨道角动量耦合器，然后制造空间结构的液晶。该板用于演示偏振可切换的魔术窗口的概念，其中，取决于输入圆偏振旋向性，可以显示所需的图像或由窗口相位的负值产生的图像。
2021-12-13 physics.optics
Structuring the local handedness of synthetic chiral light: global chirality versus polarization of chirality
合成手性光能够实现分子手性的超快和高效成像。与标准的圆偏振光不同，合成手征光的旋向性并不依赖于光场的空间结构：它在空间中的每一点被局部编码，在电场矢量的尖端在时间上绘制的手征轨迹中。作为局部手性，已经在电偶极近似范围内，合成手性光是一种高效的手性光子试剂。合成的手性光，是本地和全球手性允许我们选择性地淬灭一个选定的分子对映异构体的非线性响应，同时最大限度地提高它在其镜像双在总信号强度的水平。合成手性光，表现出手性偏振，使我们能够实现一个手性版本的杨氏双缝实验，导致对映体敏感的光弯曲。在这里，我们将这两个新概念联系起来，展示了如何在空间中构建合成手性光的局部和全局手性，以及这些局部和全局特性如何在手性分子的对映敏感响应中留下印记，为分子手性的超快，全光学和高效成像创造了新的机会。
2022-06-03 physics.optics
Suppression of Nonlinear Optical Rogue Wave Formation Using Polarization-Structured Beams
非线性自聚焦材料可以放大光束中存在的随机小振幅相位调制，导致通常称为光学焦散的振幅奇点的形成。通过对光束施加偏振结构，我们证明了非线性自相位调制引起的振幅奇异性的抑制。我们的研究结果是第一个表明，偏振结构光束可以抑制非线性焦散的形成在饱和自聚焦介质中，并添加到日益增长的理解灾难性的自聚焦效应的光束包含偏振结构。
2022-04-18 physics.optics
Shapeshifting diffractive optical devices
在像衍射光栅和菲涅耳透镜的光学器件中，通过在与光波长相当的厚度内结构化器件表面形态来设计光波前。这种衍射光学元件的制造涉及高度精确的多步光刻工艺，其实际上将器件形态和光学功能都固定在石头上。在这项工作中，我们介绍了直接写在可擦除光刻胶上的变形衍射光学元件。我们首先发展了一种光刻配置，允许写入/擦除周期的对准光学元件直接在光路中。然后，我们展示了实现复杂的衍射光栅与光栅矢量的任意组合。最后，我们展示了一个变形衍射透镜，它是重新配置的光路，以改变光学系统的成像参数。
2021-07-27 physics.optics
Sculpting ultrastrong light-matter coupling through spatial matter structuring
本文通过空间结构设计调控平面太赫兹谐振器多模与二维电子回旋共振的重叠，实现了对超强多模耦合路径、模式数量、频谱和磁调谐响应的控制，为量子光源、非线性和量子信息处理提供了新方法。
2023-11-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Optical space-time wave packets having arbitrary group velocities in free space
控制光脉冲的群速度通常需要穿过其色散被明智地制作的材料或结构。或者，群速度可以在自由空间中通过空间结构化光束轮廓来修改，但与真空中光速的可实现偏差很小。在这里，我们展示了精确和通用的控制群速度的传播不变的光学波包在自由空间中，通过雕刻其时空光谱。通过联合调制空间和时间自由度，在自由空间中可以明确地观察到高于或低于真空中光速的任意群速度，无论是在远离源的正向传播方向上还是甚至向后传播。
2018-10-21 physics.optics
Probing light by matter: Implications of complex illumination on ultrafast structuring
本研究探讨复杂光束的产生操控方法及其与材料的相互作用，对比高斯光束与复杂光场差异，介绍远场、近场超快激光纳米结构化途径，强调复杂光在纳米尺度材料塑形的独特能力与应用潜力。
2023-06-06 physics.app-ph physics.optics
Limits on the free-space group velocity of optical wave packets incorporating angular dispersion. Part~I, conventional angular dispersion: tutorial
University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文通过时空结构化脉冲光束，证明自由空间中可实现任意群速度，突破传统直觉限制，并系统分析了常规角色散引起的群速度偏差及其色散影响。
2026-09-18 physics.optics
Deep learning and random light structuring ensure robust free-space communications
提出一种结合发射端随机光结构与接收端深度学习分类的高容量FSO协议，通过复用相干半径和子光束空间位置等正交自由度，实现复杂环境下的高保真图像传输。
2024-01-18 eess.SP physics.optics
Squeeze free space with nonlocal flat optics
人们对通过平面光学器件使光学系统小型化产生了浓厚的兴趣。然而，一个基本的光学组件，自由空间，根本上不能用传统的局部平面光学与空间相关的传递函数取代，因为自由空间的传递函数是动量相关的。克服这个困难对于实现光学系统的最大小型化是重要的。在这项工作中，我们表明，自由空间可以取代直接在动量域中操作的非局部平面光学。推导了光学器件取代自由空间的一般判据，并给出了一个光子晶体平板器件的具体设计。这种装置可以用高达144的压缩比来代替厚得多的自由空间。我们的工作铺平了道路，最大限度地利用本地和非本地平面光学组合的光学系统的小型化。
2020-03-15 physics.optics
Generation and propagation characterization of a vortex beam through an electro-optical crystal-based electrically controlled flat plate
随着对现代光学中几乎所有领域的潜在应用需求的增加，涡旋光束的产生引起了人们极大的兴趣。基于电光晶体平板，提出了一种利用普克尔斯效应产生涡旋光束的电控方法。与传统方法相比，该方法可以灵活地调节涡旋光束的波长和拓扑电荷。模拟了光束在平板上的传输，研究了传输光束的轨道角动量模谱。OAM模谱与模拟结果吻合较好。该方法提高了涡旋光束产生的灵活性，在光通信和光学操纵等领域有着重要的应用前景。
2022-01-11 physics.optics
On Stability of Flat Band Modes in a Rhombic Nonlinear Optical Waveguide Array
考虑准一维菱形波导阵列。在非线性情况下，描述波导中的耦合波的方程组具有表示平带模式的叠加的解。这些解决方案的稳定性的性质被认为是。结果表明，在达到功率阈值之前，平带解是不稳定的。
2016-07-27 physics.optics
All-optical Lithography for Spatiotemporal Patterning of High-Modulation Azopolymer Microreliefs
University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Leibniz Institute of Polymer Research Dresden（德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所）；Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学）
本文提出一种全光光刻方法，通过时空控制生成高调制率芳香聚合物微凸起，实现微结构的精确制备与重构。
2026-10-19 physics.optics
Enhanced optical trapping via structured scattering
干涉测量可以完全改变光的方向，从而提供强大且可控的光学力。然而，小颗粒并不自然地像干涉分束器那样起作用，并且来自它们的光学散射通常不被认为允许有效的干涉。相反，光学捕获通常经由入射场的偏转来实现。在这里，我们表明，一个适当结构的入射场可以实现分束器与散射粒子的相互作用。由此产生的陷阱提供了数量级更高的刚度比通常的高斯陷阱在一个轴上，即使在被约束到相位只有结构。我们证明了3.5至10.0~ $μ$ m二氧化硅球的捕获，实现了高达27.5 $\pm$的刚度比使用高斯陷阱高4.1倍，和两个数量级的测量信噪比。这些结果与许多应用高度相关，包括细胞操纵、流体动力学、微型机器人和基础物理测试。
2021-05-20 physics.optics
Nonlocal Flat Optics
在电磁学和光子学中，“非定域性”是指材料或系统在空间某个点的响应/输出取决于空间扩展区域的输入场的现象。虽然非局部效应和相关的波矢量/动量依赖性经常被忽视或被视为元表面的背景下的滋扰，非局部平面光学的新兴领域寻求利用强有效的非局部性，以丰富和增强其响应。在这篇综述中，我们总结了这一领域的最新进展，重点介绍了它的基本原理和各种应用，从光学计算到空间压缩。本地和非本地平面光学的融合可能会打开令人兴奋的机会，在寻求控制光，在真实和动量空间，使用超薄平台。
2022-09-05 physics.optics
Long-range interactions in a quantum gas mediated by diffracted light
本文提出并验证了通过反馈镜光场与BEC相互作用实现量子哈密顿平均场模型，揭示了强驱动下的准周期人字形动力学和弱驱动下的双态振荡，并预测了光力学液滴宽度与泵浦强度的关系，为实验研究量子长程相互作用提供了新途径。
2023-07-11 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.optics
Tilting light's polarization plane to spatially separate the nonlinear optical response of chiral molecules on ultrafast timescales
区分手性分子（对映体）的左手和右手形式是至关重要的，但也是固有的困难。使用椭圆或圆偏振光的传统光学方法依赖于弱线性效应，这超出了电偶极近似，对时间分辨超快手性分子动力学造成了主要限制。在这里，我们展示了如何通过倾斜的强烈椭圆偏振光的超短脉冲的偏振平面，朝向其传播方向，我们可以把光场变成一个高效的手征光学工具。这种“前倾”可以通过将光束紧密聚焦来实现，从而产生在空间中表现出非平凡偏振模式的结构光。我们证明，我们的结构化领域使我们能够实现一个干涉仪，有效的手性识别，分离的非线性光学响应的左手和右手的分子在空间中。我们的工作提供了一种简单而高效的空间结构化光的偏振成像分子手性的方式，具有极高的对映体灵敏度和超快的时间尺度。
2022-06-07 physics.optics
Broadband vectorial ultra-flat optics with experimental efficiency up to 99% in the visible via universal approximators
将传统光学器件集成到紧凑的纳米结构表面是平面光学器件的目标。尽管该技术取得了巨大的进步，但由于可见光中的有限效率（平均低于$60\%$），现实世界的应用仍然存在关键的挑战，这源于波长厚（$\approx 500$ nm）结构中的吸收损耗。另一个问题是实现按需光学部件，用于在反射和透射中同时控制可见频率下的矢量光，并且具有预定的波前形状。在这项工作中，我们开发了一种逆向设计方法，允许实现高效（高达$99\%$）超平坦（厚度低至$50$ nm）光学器件，用于矢量光控制和宽带输入输出响应所需的波前形状。该方法利用了通用逼近器的隐藏网络，该网络存在于适当设计的半导体纳米结构的物理层中。这些表面的超平坦特性使其性能接近统一，从而将吸收损耗降低到几乎可以忽略的值。在实验中，我们讨论偏振分束器，比较其性能与从直接和反向设计技术获得的最佳结果，以及由分色镜和平面光学显示器的基本单元表示的新的平面光学组件，该平面光学显示器仅使用两个子像素创建全色，克服了传统LCD/OLED技术的限制，每个复合颜色需要三个子像素。我们的器件采用互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺制造，使其能够以低廉的成本进行大规模生产。
2020-05-05 physics.optics
Engineering the optical vacuum: Arbitrary magnitude, sign, and order of dispersion in free space using space-time wave packets
在某些情况下，光脉冲的空间结构在自由传播时会导致其时间轮廓的变化。例如，将常规的角色散引入到场中导致脉冲在自由空间中遇到群速度色散。然而，通过这种策略只能获得有限的控制。在这里，我们表明，精确和通用的控制，可以行使在自由空间中的所谓的“时空”波包的色散曲线：一类脉冲光束undergirded不可微的角色散。这种抽象的数学特征使我们能够在不引入损耗的情况下调谐不同色散阶数的幅度和符号，从而实现任意色散分布，并实现在远离谐振的光学材料中无法实现的色散值。不同的光学材料和光子结构中，不同的色散阶数的值不是彼此独立的，这些订单是可寻址的单独使用我们的策略。这些结果证明了时空波包作为结构光平台的多功能性，并指出了它们在非线性和量子光学中的实用性。
2021-02-18 physics.optics
Enhancement of recoil optical forces via high-k plasmons on thin metallic films
作用在表面或波导附近的发射器上的反冲光学力依赖于近场方向性和动量守恒。它具有光学力中不常见的理想特性，例如能够通过大量粒子的广域照明产生它而无需聚焦，或者通过光的偏振动态切换。不幸的是，这些反冲力通常非常弱，并且在小的偶极粒子中没有实验观察到。一些研究从理论上证明了通过复杂的纳米结构（包括双曲表面或超材料）可以提高这些力的数量级，这使得制造和实验演示变得复杂。在这项工作中，我们从理论上和数值计算表明，通过简单地使用薄金属膜，支持超高动量等离子体激元模式的横向反冲力的增强。这些模式所携带的高动量对偶极子施加了相应的大反冲力，在非常简单的几何形状中将力增强了几个数量级，使其更接近实际应用。
2020-07-01 physics.optics
Topologically steerable ultra-flat electro-optic combs via non-Hermitian frequency lattices
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics（武汉光电国家实验室）；School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院）；Hubei Key Laboratory of Optical Information and Pattern Recognition（湖北省光学信息与模式识别重点实验室）；Wuhan Institute of Technology（武汉工程大学）
本研究利用非厄米频率晶格的拓扑特性，实验实现了拓扑可控的超平坦电光频梳，为芯片级频谱工程提供了新途径。
2026-10-12 physics.optics
Flat-lens design using Field Transformation and its comparison with those based on Transformation Optics and Ray Optics
本文提出了一种使用场变换（FT）设计平面透镜的技术，而不是射线光学（RO）或变换光学（TO）。透镜设计由径向方向上的10层渐变折射率电介质和纵向方向上的5层渐变折射率电介质组成。纵向方向上的中心层主要有助于相变的大部分，而在任一侧上的该中间层上方和下方的其他四个层充当匹配层，其帮助减少由中间层的界面处的阻抗失配引入的反射。本文比较的镜头的性能，这样设计，与那些基于RO和TO技术。我们表明，所提出的透镜设计使用场变换是宽带的，具有优于1 dB的增益相比，RO和TO为基础的设计在更宽的频带，其扫描能力是优越的。
2013-05-02 physics.optics
Carving light beams
在所谓的无衍射光束出现几年后，出现了能够在空间上构造它们的方法，所谓的冻结波方法是第一种，也许是最有效的方法。该方法允许对无衍射光束的纵向强度图案进行建模，然而，在控制其横向空间图案方面效率很低，仅允许选择其横向尺寸的可能性，其在整个传播过程中保持不变。在这项工作中，我们已经扩展了冻结波的方法，以这样一种方式来控制，除了纵向图案，沿传播的横向光束结构。这种新型的横向和纵向结构光束可以在光子学、光学操纵、光学原子引导、光刻等领域具有潜在的应用。
2021-01-05 physics.optics
Spectrally flat and broadband doublepumped fiber optical parametric amplifiers
Optics and Photonic Research Center (Cepof), UNICAMP（坎皮纳斯州立大学光学与光子学研究中心）；Corning Incorporated, Science and Technology Division（康宁公司科学与技术部）
该研究通过理论推导与实验验证，优化双泵浦光纤光参量放大器，利用低λ₀波动的高非线性光纤，在115nm范围实现25±1.5dB的高平坦增益光谱。
2026-08-07 physics.optics
Wide field-of-view flat lens: an analytical formalism
宽视场（FOV）光学器件广泛用于各种成像、显示和感测应用中。虽然传统的宽FOV光学器件依赖于级联的多个元件来抑制彗差和其他像差，但最近已经证明，可以利用经由迭代数值优化设计的单件式平坦鱼眼透镜来实现衍射受限的近180度FOV操作[Nano Lett. 20，7429（2020）]。在这里，我们推导出一个解析解，使计算效率的设计平面宽FOV透镜的基础上超曲面或衍射光学元件（DOE）。利用这种分析方法，我们进一步量化了宽FOV超透镜中光学性能和设计参数之间的权衡。
2021-08-24 physics.optics
Limits to the Optical Response of Graphene and 2D Materials
2D材料为强光-物质相互作用提供了一个平台，通过新材料的发现和几何结构的新方法创造了广泛的设计机会。我们推导出一般的上限，这种光-物质相互作用的强度，只考虑材料的光学传导性，包括空间非局部性，否则独立的形状和配置。我们的材料品质因数表明，高掺杂石墨烯是红外频率的最佳材料，而单原子层银在可见光下是最佳的。对于从吸收和散射到近场自发辐射增强和辐射传热的量，我们考虑了正则几何结构，并表明在某些情况下可以接近边界，而在其他情况下可能有显着的机会进行设计改进。该界限可以鼓励在设计的宽带吸收器，2D天线和近场能量采集系统的改进。
2017-08-02 physics.optics
Aging of the Nonlinear Optical Susceptibility of colloidal solutions
利用Z-扫描和动态光散射测量，我们研究的非线性光学响应的胶体溶液经历的动力学减慢与年龄。我们研究了分散在水-粘土（Laponite）溶液中的有机染料（罗丹明B）在不同粘土浓度（2.0wt%-2.6wt%）下经历凝胶化过程的高光学非线性。我们确定的粘土血小板自扩散系数，并通过其与结构弛豫时间的比较，我们得出结论，凝胶化过程中进行的互连粘土血小板网络的结构，而不是通过集群的生长和聚集。
2006-09-26 cond-mat.soft nlin.PS physics.optics
Lumerical-Based SiN Half-Band FIR Maximally Flat-Top Optical Filter with Low Insertion Loss and High Extinction Ratio at 193 THz
University of North Dakota（北达科他大学）；Rajshahi University of Engineering and Technology（拉杰沙希工程技术大学）
研究基于氮化硅平台在193 THz的最大平顶半带FIR光学滤波器，利用Lumerical模拟的级联MZI拓扑结构，实现了通道A和B较低插入损耗与较高消光比。
2026-07-14 physics.optics
Optical Fingerprint of Flat Substrate Surface and Marker-free Lateral Displacement Detection with Angstrom-level Precision
我们报告说，平面基板，如玻璃盖玻片的表面粗糙度远低于0.5 nm的功能显着的斑点图案时，观察高灵敏度干涉显微镜。我们发现，这些斑点图案明确起源于亚纳米表面起伏，并开发一个直观的模型来说明如何亚纳米非谐振介电特性可以产生明显的干涉对比在远场。我们引入了光学指纹的概念，与特定的基板表面区域相关联的确定性的散斑图案，并有意地提高潜在的应用程序的散斑振幅。我们证明了这种光学指纹可以利用可重复的位置识别和无标记的横向位移检测，实验精度为0.22 nm。可再现的位置识别使我们能够检测在显微镜外进行的费力过程中开发的新的纳米级特征。所展示的超灵敏位移检测能力可能会在半导体工业和超分辨率光学显微镜中找到应用。
2022-10-19 physics.optics
Near-infrared polarimetric imaging with nonlinear flat-optics
本文提出了一种基于非线性平板光学的近红外极化成像方法，利用周期性AlGaAs光栅实现极化依赖的SH发射，实现无移动部件的高精度极化状态重建。
2025-12-01 physics.optics
Imaging with flat optics: metalenses or diffractive lenses?
最近，对用于成像的超透镜的兴趣激增。这种兴趣主要是基于它们的亚波长厚度。自19世纪后期以来，衍射透镜一直被用作薄透镜。在这里，我们表明，多级衍射透镜（MDLs），如果设计得当，可以超过超透镜的性能。此外，MDL可以被设计和制造为具有更大的组成特征，使得它们可用于低成本、大面积的批量制造，这对于超透镜通常是具有挑战性的。支撑基板将主导所有平面光学器件的总厚度。因此，由超透镜提供的厚度略微减小（从~2λ到~λ/2）的优点可能是无用的。我们进一步阐述了这些方法之间的差异，并澄清超透镜在操纵光的偏振态时具有独特的优势。
2019-08-07 physics.optics
Generation of very flat optical frequency combs from continuous-wave lasers using cascaded intensity and phase modulators driven by tailored radio frequency waveforms
我们展示了一个方案，基于一个级联的锂离子强度和相位调制器驱动的专门定制的射频波形，以产生一个光学频率梳具有非常高的光谱平坦度。在这项工作中，我们展示了一个10 GHz的梳与~40线的频谱功率变化低于1 dB和~60线的总数。可以生成的线的数量受到相位调制器的功率处理能力的限制，并且这可以在不损害频谱平坦度的情况下进行缩放。此外，在我们的方案中所产生的梳的光谱相位几乎是纯二次的，如我们将证明的，这允许仅使用单模光纤进行非常高质量的脉冲压缩。
2010-09-23 physics.optics
Flat Helical Nanosieves
在光集成系统中，对器件的小型化、灵活化提出了更高的要求。等离子体纳米筛已经成功地被利用作为一个复杂的光操纵平台，包括全息术，涡旋产生和非线性过程。与大多数已报道的单功能器件相比，多功能纳米筛在纳米光子学、光学和纳米技术等领域有着更为复杂和新颖的应用前景。在这里，我们通过实验展示了一个基于纳米筛的螺旋器件的有前途的路线图，它实现了对光学涡旋的完全操纵，包括它的产生，杂交，空间复用，聚焦和非衍射传播等，通过超过12.1万个空间旋转的纳米筛来控制自旋光的几何相位。由于这种自旋转换纳米筛螺旋元件，不再需要采用传统的双光束干涉测量来表征光学涡旋，而干涉可以在不改变当前设置的任何部分的情况下自然地实现。该方法使远场光学轨道角动量的操纵成为可能，是奇异光学和集成光学的桥梁。此外，与传统的相位累积螺旋光学器件相比，它在多功能光学元件中具有更独特的可扩展性和灵活性。
2016-04-11 physics.optics
Super Bound States in the Continuum on Photonic Flatbands: Concept, Experimental Realization, and Optical Trapping Demonstration
本工作提出并实验实现了光子晶体平带上的连续域超束缚态，通过拓扑转变合并对称性保护BIC与准BIC，同时获得高品质因数和近零群速度，并成功演示了三维光捕获。
2024-03-23 physics.optics
Topological Flat Band and Parity-Time Symmetry in a Honeycomb Lattice of Coupled Resonant Optical Waveguides
二维耦合谐振光波导（CROW）具有拓扑边缘态，为设计集成拓扑光子器件提供了一个有效的平台。在本文中，我们提出了一个实验上可行的二维蜂窝CROW光子结构的设计。特征光学系统在布里渊区的不同位置上具有二重和三重狄拉克点。由赝自旋轨道相互作用实现的有效规范场通过狄拉克点打开了拓扑非平凡的带隙。空间晶格的几何形状允许破坏性的波干涉，导致在电信频率范围内的三重狄拉克点附近的无色散的、接近平坦的能带。这种非平凡的近平带产生拓扑保护的边缘状态。讨论了非厄米增益/损耗介质对蜂窝CROW器件的物理效应。广义的增益-损耗晶格的奇偶时间对称性的增益和损耗在相对的锯齿形边缘，导致纯粹的增益或损耗边缘通道。同时，扶手椅边界上的增益和损耗效应相互抵消，在非厄米光学系统中产生无耗散的边缘态。这些特性决定了它在偏振器、光耦合器、分束器和慢光延迟线等光学器件中的重要性和潜在应用。
2018-01-31 physics.optics
Optical vortex crystals with dynamic topologies
涡旋晶体是在各种物理领域中发现的涡旋的几何阵列，由于其规则的内部结构是在空间受限的系统中相互作用的结果。在光学中，涡旋晶体可以在非线性谐振器内自发形成，但它们的有用性受到缺乏对其拓扑结构的控制的限制。另一方面，在自由空间中使用的可编程器件，如空间光调制器，允许设计几乎任意的涡旋分布，但没有任何内在动力学。通过将非厄米光学与超颖表面实现的按需拓扑变换相结合，我们报道了一种固体激光器，该固体激光器产生具有相互作用和可主动调谐拓扑的涡旋晶体。我们展示了10 × 10相干涡旋阵列与非局部耦合网络，不限于最近邻耦合，而是由晶体的拓扑结构。涡旋晶体表现出尖锐的布拉格衍射峰，见证他们的连贯性和高拓扑电荷纯度，我们解决了空间上的整个晶格通过引入一个并行化的分析技术。通过在光源处构造光，我们实现了复杂的变换，允许任意划分腔内的轨道角动量并修复拓扑电荷缺陷，使这些谐振器成为拓扑光学高级应用的强大而通用的工具。
2021-07-22 physics.optics
Optically Active and Nonlinear Chiral Metamaterials
先进的光子纳米结构使合成手性活性最大化。这些构建块的独特结构使得能够在等离子体结构和介电介质中与电磁波进行手性选择性相互作用。考虑到文献中优化的手性表面的全部内容和有机领域中手性的普遍存在，自然要考虑的方向是这些设备在更大的光学系统中的操作，就像它们的手性有机对应物一样。在这篇综述中，我们概括了主动和非线性手征超材料的进展。许多结果，如磁手征各向异性和第三谐波瑞利散射光学活性，是比较传统的家庭的调谐方法和非线性过程的相对未知的成员。我们相信，他们准备在设计先进的手性系统在生物化学，valleytronics，自旋电子学和手性量子光学的应用中发挥重要作用。
2022-01-24 physics.app-ph physics.optics
Skyrmions in scalar fields of non-Hermitian optical microcavities: spontaneous formation, nonlinear control, and optical forces
Paderborn University（帕德博恩大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀亚特光学科学学院）；Department of Physics, University of Arizona（亚利桑那大学物理系）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文在激子-极化激元凝聚体中，通过非共振激发自发产生孤立斯格明子和自组织斯格明子晶格，利用增益损耗诱导的相位曲率和极化子流实现拓扑光场的主动控制。
2026-06-01 physics.optics
Bandwidth scaling and spectral flatness enhancement of optical frequency combs from phase modulated continuous-wave lasers using cascaded four-wave mixing
我们介绍了一种新的级联四波混频技术，该技术可以放大连续波激光相位调制产生的频率梳的带宽，同时提高光谱平坦度。因此，我们展示了一个10 GHz的频率梳超过100线在10 dB的带宽，其中记录75线是在1 dB的平坦度。级联的四波混频过程将由CW激光器的调制产生的初始梳的带宽增加了五倍。宽带梳具有近似二次频谱相位，其在单模光纤中传播时被补偿，导致940 fs脉冲的10 GHz训练
2012-11-09 physics.optics
Graphene oxide films for ultra-flat optics and linear and nonlinear integrated photonic circuits
氧化石墨烯（GO）具有优异的光学特性、工程化材料特性的高度灵活性以及用于大规模片上集成的强大能力，是用于二维（2D）材料的片上集成以实现能够具有新特征的功能集成光子器件的有吸引力的解决方案。在过去的十年中，集成GO光子学，代表了集成光子器件和薄GO膜的创新融合，经历了重大的发展，导致了许多应用的激增，几乎覆盖了光学科学的每个领域。本文综述了这一新兴领域的最新进展，提供了一个概述的光学性质的GO以及方法的芯片上集成的GO。总结了GO混合集成光子器件在不同应用领域的主要研究成果。开放的挑战，以及未来改进的潜力也进行了讨论。
2021-02-14 physics.optics
High Numerical Aperture and Broadband Achromatic Flat Lens
本研究提出通过在阶梯式光学厚度复合基底上对超构原子进行区域分割复用，成功突破了同时实现宽带消色差与高数值孔径的难题，实验制备出0.9数值孔径、650-1000 nm带宽且分辨率达1.1 μm的消色差超构透镜。
2024-04-26 physics.optics
Ultrafast all-optical second harmonic wavefront shaping
针对现有复杂光波前动态控制方法响应慢的问题，本研究结合WSe₂单层超快偏振开关与介质超表面，实现飞秒级超快全光二次谐波波前整形，为高速光通信提供了新方案。
2023-11-09 physics.optics quant-ph
Structured Harmonic Generation via Geometric Phase Enabled Pump Shaping
本研究利用几何相位实现自旋相关泵浦整形，通过液晶平面光学元件从高斯光束直接产生高阶圆柱矢量模式的结构谐波，为非线性光的完全结构化提供高效方法，应用于激光微加工和高能物理。
2025-06-20 physics.optics
Flat liquid jet as a highly efficient source of terahertz radiation
极性液体是太赫兹范围内电磁波的强吸收剂，因此，历史上这种液体没有被认为是太赫兹源的良好候选者。然而，流动的液体介质具有明显的优点，例如与固态源相比具有更高的损伤阈值，并且与气体相比具有更有效的电离过程。在这里，我们报告了系统的研究，在亚皮秒单色光激发下的扁平液体射流的太赫兹辐射的有效产生。我们演示了介质参数，如分子密度，电离能和线性吸收如何有助于太赫兹辐射从扁平液体射流。我们的模拟和实验测量表明，太赫兹能量有准二次依赖于光激发脉冲能量。此外，最佳泵浦脉冲宽度，这取决于射流的厚度的理论预测和实验证实。所获得的光-太赫兹能量转换效率大于0.05%。它可与大多数电光晶体中常用的光整流和双色空气整流相媲美。这些结果大大推进了先前的研究，可以成功地应用于创造一种新的太赫兹辐射替代源。
2019-03-29 physics.optics
D-Flat: A Differentiable Flat-Optics Framework for End-to-End Metasurface Visual Sensor Design
光学超颖表面是具有定制设计的纳米级特征的平面衬底，其选择性地调制入射光的方向、波长和偏振。当与光电探测器和适当的捕获后处理相结合时，它们提供了一种创建计算成像器和传感器的方法，这些成像器和传感器非常小，并且具有独特的功能。我们介绍了D-Flat，这是TensorFlow中的一个框架，可以渲染由元表面光学系统引起的物理精确图像。该框架是完全可微的相对于元表面形状和捕获后的计算参数，并允许同时优化相对于传感器性能的几乎任何措施。D-Flat能够在商用计算机上模拟毫米到厘米直径的元表面，并且在适应各种波动光学模型的意义上它是模块化的，用于在元表面处散射和用于传播到光电传感器。我们验证了D-Flat对符号计算和以前的实验测量，我们提供的模拟，证明了它的能力，发现新的计算传感器设计的两个应用程序：单次拍摄的深度传感和单次拍摄的空间频率滤波。
2022-08-08 physics.app-ph physics.optics
Toward arbitrary spin-orbit flat optics via structured geometric phase gratings
利用平面光学器件通过几何相位实现的互反自旋轨道耦合（SOC）为近轴结构光的整形和控制提供了一个很有前途的平台。目前的设备，从开创性的q板到最近的J板，仅提供自旋相关的波前调制，而没有振幅控制。然而，实现对傍轴SOC状态的所有空间维度的控制需要对相应的复振幅进行自旋相关的控制，这对于平面光学器件仍然具有挑战性。在这里，为了解决这个问题，我们提出了一种新型的平面光学元件称为结构化几何相位光栅，是能够共轭的复振幅控制正交输入圆偏振。利用微结构液晶光配向技术，我们设计了一系列平面光学元件，并在实验中显示了其在任意SOC控制中的优异精度。这一原理通过平面光学解锁了近轴结构光的全场控制，为开发一般光子SOC态的信息交换和处理单元以及用于高精度激光束整形的腔外/腔内模式转换器提供了一种有前途的方法。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Image Processing Based on Compound Flat Optics
图像处理已成为各种科学和工程学科中的关键技术。虽然大多数图像处理是数字化的，但光学模拟处理具有低功耗和高速的优点，尽管它需要大的体积。在这里，我们演示了光学模拟成像处理，使用平面光学直接图像微分，允许一个显着缩小所需的光学系统的大小。我们首先演示了如何将图像微分器与传统的成像系统（如商业光学显微镜和用于边缘检测的相机传感器）相结合。其次，我们演示了如何整个模拟处理系统可以实现为一个单片复合平面光学集成的微分与超透镜。复合纳米光子系统体现了薄形状因子光学器件的优势以及实现复杂传递函数的能力，并且可以在生物成像和机器视觉等应用中开辟新的机会。
2019-09-04 physics.app-ph physics.optics
Second-order nonlinear optical metamaterials: ABC-type nanolaminates
在纳米尺度上构造光学材料可以导致具有强烈改变的光学行为的人工有效介质或超材料。超材料可以提供广泛的线性光学特性，例如负折射率、双曲色散或在光学频率下的磁性行为。然而，非线性光学性质仅在图案化的金属膜中得到证实，这些金属膜具有高的光学损耗。在这里，我们表明，二阶非线性超材料也可以从非金属中心对称成分具有固有的低光吸收。在我们的原理验证实验中，我们已经迭代了三种不同成分的原子层沉积（ALD），A = Al $_2$ O $_3$，B = TiO $_2$和C = HfO $_2$。由于ABC和反向CBA序列不等价，因此所得到的ABC堆栈的中心对称性被破坏-这是非零二阶非线性的必要条件。据我们所知，这是第一次实现的大块非线性光学超材料。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
