超快纳米光谱与成像技术的最新进展：基于探针显微镜的应用 研究背景 近年来，随着光学显微技术的飞速发展，科学家们对纳米尺度物理现象的理解取得了显著进步。然而，传统的远场光学显微技术受限于光学衍射极限，难以实现亚波长级别的空间分辨率。与此同时，量子材料、二维材料（2D Materials）、有机分子材料等新型材料的研究需求日益增加，这些材料中的光-物质相互作用往往发生在极短的时间尺度（飞秒至纳秒）和极小的空间尺度（纳米至埃级别）。因此，开发能够同时提供高空间分辨率和高时间分辨率的显微技术成为科学研究的关键。 为了突破传统光学显微技术的限制，扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy, SPM）逐渐崭露头角。特别是结合超快光学技术的SPM方法，如超快散射型近场光学显微镜（U...

量子成像技术新突破：基于非线性超表面的光子对生成与应用 研究背景与问题 近年来，量子成像技术因其在低光子通量、超越经典衍射极限分辨率和高安全性的潜在优势而备受关注。然而，传统的量子成像系统依赖于体块非线性晶体（如BBO或PPKTP），这些材料的厚度通常在毫米级别，导致其在横向动量匹配条件下的发射角度范围受限，从而限制了成像视场（Field of View, FOV）和分辨率。此外，传统晶体的可调性有限，难以实现多波长操作或快速光束扫描。 为了解决这些问题，研究人员将目光转向了超表面（metasurfaces）。超表面是一种亚波长厚度的平面光学器件，通过设计纳米结构可以增强和定制非线性光学过程。此前的研究已经证明，非线性超表面能够显著增强纠缠光子对的生成效率，并实现空间、偏振和光谱纠缠的精确调...

非局域色散在光学活性材料中的应用研究 研究背景与问题提出 近年来，科学家们在探索光与物质相互作用方面取得了显著进展，特别是在天然晶体中发现的双曲色散（hyperbolic dispersion）等新现象。然而，当前的研究主要集中在材料的局域光学响应上，这种响应由介电张量描述，且不包含空间色散效应。这意味着，传统研究通常局限于线性偏振特征的现象，而忽略了其他更为复杂的光学行为。例如，局域光学响应的时间色散可以通过Drude-Lorentz模型解释，但其强时间色散往往伴随着较大的光学损耗，这限制了可探索现象的范围。 为了克服这些局限性，研究人员开始关注非局域光学响应，特别是光学活性晶体（如α-石英）中的非局域效应。这类晶体具有螺旋对称性，能够展现出无损耗、超色散的特性，与传统光学响应函数相比具有...

Carmine Encapsulation 的光物理与非线性光学特性研究 背景介绍 非线性光学（Nonlinear Optical, NLO）材料近年来在激光技术、医学和生物医学成像等领域得到了广泛关注。这类材料因其独特的光学性质，如光学开关、光学限制和光学处理等，在光子学领域具有重要意义。其中，有机染料分子因其π-电子离域化特性表现出显著的非线性光学响应，成为研究热点之一。Carmine（胭脂红），一种从昆虫中提取的天然染料，因其良好的光物理特性和稳定性，被广泛应用于食品工业和艺术领域。然而，其在不同环境中的光物理行为及非线性光学特性尚未得到充分研究。 为了进一步探索Carmine在非线性光学领域的潜力，研究人员尝试通过微乳液封装技术改善其性能。这种技术能够将染料分子包裹在纳米级水滴中，从...

高性能宽带光学调制器的研究：基于石墨烯和六方氮化硼堆叠结构的创新设计 研究背景与问题提出 随着光通信技术的快速发展，电光调制器在现代电信系统中扮演着至关重要的角色。然而，如何在提高调制深度的同时降低插入损耗，一直是该领域面临的重大挑战。近年来，二维材料（如石墨烯、六方氮化硼 (h-BN) 和二硫化钼 (MoS₂)）因其独特的光电特性而受到广泛关注。特别是石墨烯，由于其高载流子迁移率、可调节的光学性质以及与表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）的强相互作用，被认为是开发高性能光学调制器的理想材料。 尽管已有研究在基于石墨烯的光学调制器方面取得了一定进展，但这些器件往往存在调制深度不足或插入损耗过高的问题。此外，传统调制器的设计通常依赖于厚介质层，这...

研究背景与问题提出 随着现代光通信技术的快速发展，波分复用（WDM）系统在实现高容量、多功能光学网络中扮演着核心角色。其中，(解)交织器作为波长解复用结构的关键组件，能够高效分离多个波长信号，从而为网络设计提供更大的灵活性和更高的信道数量支持。然而，传统马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer, MZI）的设计在输入和输出耦合器方面存在显著缺陷，特别是由于耦合器结构对波长的高度依赖性，导致其性能受到限制。此外，如何实现平坦的传输频谱和低串扰是当前研究中的重要挑战。 针对这些问题，来自伊朗沙希德·贝赫什蒂大学（Shahid Beheshti University）的研究团队提出了一种基于多模干涉（Multimode Interference, MMI）的新型光...

基于石墨烯的可编程双偶极天线 学术背景 太赫兹（THz）频段（0.1至10 THz）因其独特的特性，在无线通信、高分辨率成像和人体中心通信等领域中引起了广泛关注。然而，太赫兹波在大气中的传播损耗较大，导致短距离通信成为其主要缺点之一。此外，设计和制造适用于太赫兹应用的设备也面临挑战，尤其是信号源的增益和覆盖范围问题。尽管如此，亚太赫兹频段为下一代无线通信系统提供了前所未有的机会，包括理论数据速率超过100 Gbps的信道容量、天线几何形状的显著小型化以及更高的空间分辨率。 为了克服这些限制，可重构天线（RAs）成为无线通信研究中的热门话题。传统的可重构天线通常通过PIN二极管、微机电系统（MEMS）开关等实现，但这些技术不适用于太赫兹频段。石墨烯作为一种二维材料，因其可调表面电导率和与其它组...

学术背景 柑橘类水果因其丰富的营养价值和独特的风味，长期以来深受消费者喜爱。然而，柑橘在采后储存过程中极易受到病害侵袭，尤其是由青霉菌（*Penicillium digitatum*）引起的绿霉病，这种病害会导致果实腐烂并显著缩短其储存寿命。传统上，化学杀菌剂被广泛用于控制绿霉病，但由于化学残留对健康和环境的潜在威胁，非化学替代方法逐渐成为研究热点。 近年来，物理处理技术因其无残留、环保的特点备受关注，其中紫外线C（UVC，波长200-280 nm）辐射被认为是一种有潜力的解决方案。UVC能够通过破坏病原体DNA来抑制病害发展，同时还能增强果实抗性并延缓成熟。然而，尽管已有研究表明UVC可有效减少柑橘绿霉病的发生，但其在商业化应用中仍面临诸多挑战，例如光照均匀性和剂量控制等问题。为了解决这些...

学术背景 中红外光谱范围（2.5至20 µm）因其包含许多分子键的特征吸收峰，被广泛应用于气体检测、光学通信、高质量成像、细菌研究以及土壤成分分析等领域。在这些应用中，波导光电探测器因其高集成度、低功耗和易于小型化的特点，成为光子集成电路（PICs）中的关键组件。然而，传统波导光电探测器在灵敏度和信噪比方面存在局限性，尤其是在暗电流噪声控制和量子效率优化方面面临挑战。 为了提高波导光电探测器的性能，研究人员提出了多种改进方案，例如通过优化材料选择、设计新型波导结构或引入模式转换技术来减少耦合损耗。然而，如何在保持量子效率的同时显著降低暗电流噪声，仍然是一个亟待解决的问题。本文的研究正是针对这一问题展开，提出了一种结合超短波导锥形结构的中红外低噪声波导光电探测器设计方案，旨在通过压缩光纤耦合光...

研究背景与问题引入 非线性波系统是物理学、光学和凝聚态物理等领域的核心研究对象之一。然而，现实中的非线性波系统往往受到随机噪声的干扰，这种干扰可能显著改变波的行为特性，例如孤子（Soliton）的传播、波湍流（Wave Turbulence）的形成以及模式生成（Pattern Formation）。为了更准确地描述这些复杂现象，科学家们提出了随机非线性薛定谔方程（Stochastic Nonlinear Schrödinger Equation, SNLSE），并在此基础上进一步发展了随机共振非线性薛定谔方程（Stochastic Resonant Nonlinear Schrödinger Equation, SRNLSE）。SRNLSE结合了色散效应（如时空色散和模间色散）以及非线性效应...