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...
太阳能电池量子效率与复合机制的研究 学术背景 在太阳能电池研究领域，量子效率（Quantum Efficiency, QE）是衡量器件性能的核心指标之一。它反映了入射光子转化为电子-空穴对的效率，从而揭示了载流子收集过程和复合动力学的关键信息。然而，在实际应用中，由于材料缺陷、界面不匹配以及设计参数的影响，太阳能电池的量子效率往往难以达到理论极限。这些非理想因素导致的复合效应不仅限制了光电转换效率，还使得实验数据与理论模型之间的关系复杂化。 为了解决这一问题，来自印度多所高校的研究团队开展了深入研究，旨在通过数值模拟方法分析设计参数对量子效率的影响，并揭示其中的复合机制。他们的目标是建立一种系统化的分析框架，帮助研究人员诊断器件中的缺陷并优化其性能。这项研究的意义在于，它不仅有助于提升现有薄...
界面优化提升钙钛矿太阳能电池性能的研究 背景介绍 近年来，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其高功率转换效率（Power Conversion Efficiency, PCE）和相对较低的制造成本，成为第三代光伏技术中最具前景的候选者之一。然而，尽管PSCs在实验室条件下取得了显著进展，其商业化应用仍面临诸多挑战。其中，界面复合和器件稳定性问题尤为突出。这些问题主要源于钙钛矿材料本身对水分、氧气、热和紫外线的敏感性，以及电子传输层（Electron Transport Layer, ETL）与钙钛矿吸收层之间的不良接触。 为了解决上述问题，研究人员提出通过界面工程优化电子传输层与钙钛矿层之间的接触，从而减少界面复合损失并提高电荷传输效率。在此背景下...
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 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 近年来，多铁性纳米复合材料因其在传感器、储能系统、换能器和执行器等领域的广泛应用而备受关注。这类材料结合了聚合物和陶瓷基质的优点，如轻质、易加工、耐腐蚀、高机械强度以及压电和磁电行为。聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride, PVDF）作为一种重要的聚合物，因其优异的介电常数、低反应性、高热塑性、柔韧性及透明性等特点，成为制备多铁性纳米复合材料的理想选择。 然而，PVDF具有多种晶相（α、β、γ 和 δ），其中α相是非极性的，而β相则因高度有序排列的负氟原子和正氢离子分别位于聚合物链两侧，表现出显著的压电、铁电和热电性能。因此，优化PVDF中β相的浓度对于提升其性能至关重要。此外，磁性纳米颗粒（如镍铁氧体和锰铁氧体）因其独特的磁性和介电特性也引起了广泛关注。将这...