光电微波合成器——频率可调性与低相位噪声的结合 学术背景 在现代通信、导航和雷达系统中，频率可调且低噪声的微波源是至关重要的。传统的电子微波合成器虽然能够提供频率可调性，但其相位噪声较高，限制了其在精密应用中的使用。相比之下，基于光子学的微波合成器利用高光谱纯度激光和光学频率梳，能够生成极低相位噪声的微波信号。然而，光子学方法通常缺乏频率可调性，并且系统体积大、功耗高，限制了其广泛应用。 为了解决这些问题，本文提出了一种混合光电方法，结合了简化的光学频率分割（Optical Frequency Division, OFD）和直接数字合成（Direct Digital Synthesis, DDS）技术，生成了在整个X波段（8-12 GHz）内可调的低相位噪声微波信号。该研究不仅解决了传统光子...

基于光电偏振特征向量的片上全斯托克斯偏振计研究 学术背景 光的偏振态在光学通信、生物医学诊断、遥感、宇宙学等多个领域中具有重要的应用价值。斯托克斯矢量（Stokes vector）是描述光偏振态的四个参数，能够完整地反映光的强度和偏振状态。传统的偏振计通常依赖于离散的光学元件，如棱镜、透镜、滤波器和波片等，这些元件体积庞大，限制了偏振计的小型化和广泛应用。近年来，随着纳米光子学和超表面（metasurface）技术的发展，研究人员开始探索基于超表面的紧凑型偏振计。然而，现有的超表面偏振计在红外波段的应用中面临诸多挑战，如像素对齐问题、光学串扰以及红外吸收等。 为了解决这些问题，本文提出了一种基于光电偏振特征向量（optoelectronic polarization eigenvector,...

动态3D超表面全息显示技术：基于级联聚合物分散液晶的创新研究 学术背景 超表面（Metasurface）作为一种二维亚波长结构，能够对光场的相位和振幅进行局部调制，为微型化光学器件设计提供了新的解决方案。然而，现有的超表面全息显示技术大多局限于静态特性，无法实现实时动态调制，这限制了其在智能显示系统中的应用。为了满足动态3D全息显示的需求，研究人员探索了多种主动超表面技术，包括多路复用超表面、结构修改超表面和集成超表面。其中，液晶（Liquid Crystal, LC）作为一种典型的光场调制材料，被广泛应用于主动超表面的设计中。然而，传统的液晶器件通常存在自由度低、信息容量有限、响应速度慢和串扰严重等问题。 为了解决这些问题，Sun等人首次提出了一种基于聚合物分散液晶（Polymer Dis...

气泡热声模式与光机械传感器的耦合研究 学术背景 气泡在液体中的声学行为一直是物理学和工程学领域的重要研究课题。气泡的振动模式不仅与自然界中的声学现象密切相关，还在微流体、生物传感等领域具有广泛的应用前景。Minnaert呼吸模式是气泡声学中最著名的振动模式，它描述了气泡在液体中的基本振动行为。然而，气泡还支持一系列高阶声学模式，这些模式的理论预测虽然存在，但实验观测却极为罕见。此外，光机械传感器作为一种高灵敏度的探测工具，能够检测微尺度的声学和振动特性，为研究气泡的声学行为提供了新的平台。 本文的研究旨在通过光机械传感器探测气泡的声学模式，特别是高阶声学模式，并探讨气泡与传感器之间的耦合效应。研究不仅有助于深入理解气泡的声学特性，还为优化微机械振荡器的性能提供了新的思路。 论文来源 本文由K...

基于深度强化学习的液体透镜显微镜自动对焦技术研究 学术背景 显微镜成像在科学研究、生物医学研究和工程应用中扮演着至关重要的角色。然而，传统显微镜及其自动对焦技术在实现系统小型化和快速精准对焦方面面临着硬件限制和软件速度缓慢的问题。传统显微镜通常采用多个固定焦距透镜和机械结构来实现放大和对焦功能，导致设备体积庞大、对焦速度慢，难以在狭小空间内快速操作。液体透镜（liquid lens）因其无机械部件、通过电信号调节焦距的特点，具有体积小、响应速度快、制造成本低等优势，成为解决这些问题的潜在方案。 近年来，人工智能和新光学元件的发展为显微镜自动对焦技术带来了新的研究方向。传统的自动对焦方法依赖于图像清晰度评估，通常需要多次图像采集和评估，速度较慢。深度学习技术的引入使得直接从单张图像预测焦平面位...

随机结构照明显微镜（S2IM）：无扫描超分辨率成像技术的研究报告 学术背景 在超分辨率显微镜领域，传统的结构照明显微镜（Structured Illumination Microscopy, SIM）技术依赖于精确的机械控制和微米级的光学对准，以实现高分辨率成像。然而，这种技术要求复杂的硬件设备和高精度的操作，限制了其在某些应用场景中的使用，尤其是在需要长工作距离或非侵入性成像的环境中，如眼科检查、天文观测或活性物质研究。为了解决这些问题，意大利理工学院（Italian Institute of Technology）的研究团队提出了一种新的超分辨率成像方法——随机结构照明显微镜（Stochastically Structured Illumination Microscopy, S2IM）...

MINFLUX 纳米显微镜在生物组织中的应用：突破荧光显微镜的分辨率限制 学术背景 荧光显微镜在生物学研究中扮演着至关重要的角色，但其分辨率受到衍射极限的限制，通常只能达到约200纳米。近年来，超分辨率显微镜（super-resolution microscopy, SR）技术的发展突破了这一限制，使得研究人员能够在纳米尺度上观察生物分子的分布。然而，在复杂的生物组织中，尤其是较厚的样本中，光学像差、光的吸收和散射等问题严重影响了超分辨率显微镜的性能。为了在生理相关的环境中实现纳米级分辨率的蛋白质分布可视化，研究人员一直在探索新的成像技术。 MINFLUX（minimal photon fluxes）纳米显微镜是一种新兴的光学成像技术，它结合了坐标靶向和坐标随机超分辨率显微镜的优点，能够在极...

控制随机激光器的谱持久性 研究背景 随机激光器（Random Lasers，以下简称RLs）自1960年代被Letokhov理论提出以来，逐渐成为一个受到广泛关注的研究领域。RLs的一大特点是不需要精密制造的光学腔，这使得其在加工和扩展方面具有显著优势。这类激光器由于其固有的多模特性和低空间相干性，在全视场无干涉成像等应用中展现出独特的优势。例如，RLs在光散射介质中通过受激发射产生相干光，具有非线性响应和独特的谱波动行为，这些特点使其在传感和成像领域有潜在的应用。此外，RLs还展示出在复杂网络中作为非线性元件的潜力，是光神经网络的理想组件。 然而，RLs由于其结构的无序特性，在实际应用中面临着谱波动和重复性差等问题。尤其是在某些需要高重复性的应用中，例如神经网络的同步化中，谱波动显著影响了...

专题报道：Pound–Drever–Hall 前馈技术：超越反馈的激光相位噪声抑制 作者: Yu-Xin Chao, Zhen-Xing Hua, Xin-Hui Liang, Zong-Pei Yue, Li You, Meng Khoon Tey 机构: State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University, Beijing, China 期刊: Optica 发表日期: 2024年7月9日 DOI链接: 点击这里 一、研究背景 在过去的几十年中，频率锁定到超稳光学参考腔的窄线宽激光器的出现，开创了引力波探测、光学钟、超低噪声光子微波生成、高保...

超窄线宽混合集成自注锁定780nm激光器研究报告 研究背景 在现代科技中，窄线宽激光器在多种应用中发挥着至关重要的作用，包括经典与量子传感、离子陷阱系统、定位/导航/定时系统、光钟和微波频率合成器等。在可见光及近可见光谱范围内，低噪声激光器尤为重要，特别对于用于量子计算、传感和原子钟的激光束缚与冷却技术。本研究展示了一种在780 nm操作的混合集成窄线宽激光器，实现了105 Hz的自差异线宽。这项研究不仅展示了Hz级窄线宽激光器的技术可行性，还为未来的探索奠定了基础。 论文来源 这篇论文的主要作者是Artem Prokoshin、Michael Gehl、Scott Madaras、Weng W. Chow和Yating Wan，分别来自沙特阿拉伯的King Abdullah Univers...