澳门新葡萄京官网首页光学与纳米技术的“浪漫联姻”

传统光学器件的衍射极限极大地制约了远场超分辨光学系统的进一步发展.如何从光学器件层面突破光学衍射极限瓶颈,实现非标记远场超分辨光学成像,是光学领域面临的巨大挑战。  科研人员首先从声波动方程出发,成功地构造了具有时间周期特性的声波超振荡函数;将时间频率映射到空间频率。实现了远场超分辨声聚焦,超振荡效应显著提升了声学超透镜成像分辨率。   光学超振荡在不依靠倏逝波的条件下,可以在远场实现任意小的亚波长光场结构,这为突破光学衍射极限提供了一条崭新的途径。超声超透镜在生物医学超声成像、生物医学应用和通用的远场超声控制等领域具有应用潜力。  声透镜,会聚或发散声波的声学元件。发散声波的声透镜常用在可听声频段,它是一组似百叶窗形的弯曲薄板,装在扬声器的口上,使扬声器边缘辐射的声波绕道传播,此时扬声器的辐射接近球面波辐射,从而展宽了扬声器的高频指向性。  近年来,光学超振荡现象和超振荡光学器件的相关研究得到了快速发展,在理论和实验上成功地演示了超振荡光场的产生和多种超振荡光学器件,并在实验上展示了超振荡光学器件在非标记远场超分辨光学显微、成像以及超高密度数据存储等应用领域的巨大优势和应用潜力.

各有关单位:
根据国家自然科学基金委网站通知,新型光场调控物理及应用重大研究计划2017年度项目指南已经发布,现将有关事项通知如下:
一、2017年度重点资助研究方向
本重大研究计划2017年度在关注新型光场多维度调控新方法、新物理的同时,鼓励发展多学科交叉的光学研究手段,以及调控光场在信息科学、化学、材料科学和生命科学等领域的应用研究,以“培育项目”和“重点支持项目”的形式予以资助。本年度资助研究方向如下:
在新型光场多维度精确构建、调控及表征方面,重点研究时间、空间、偏振、强度和波段等维度操控下新型光场的产生、传播、操控和表征中的关键科学技术问题;突破相干光场的经典衍射极限,实现纳米及深亚波长尺度的局域光聚焦、成像、传输、表征与操控,为信息、生命、材料等领域研究提供新原理和新方法。
主要研究方向包括:
1.新型矢量光场产生的新方法和新原理,高效与高速的调控手段,在介质中传输和演化的机制以及相干效应;
2.衍射极限下光学新概念和新理论,着重发展光子晶体、表面等离激元、光学微腔、超构材料与超构表面等人工纳微结构调控光场的产生、传输、操控与表征的研究;
3.超快光场相位、幅度、偏振、频率等多维操控的新原理、新方法和新技术。
在新型调控光场与物质相互作用的新物理、新效应和新应用方面,重点研究突破衍射极限、超短脉冲激发等极端条件下,光与电子、原子、分子、人工纳微结构及凝聚态物质相互作用的新特征,揭示多维调控光场与重要物质形态相互作用的新现象与新规律,建立相关的新概念和新理论。
主要研究方向包括:
1.矢量光场的偏振分布、自旋-轨道耦合、强纵向场和相干等新颖特性,及其与复杂物质(湍流、非均匀介质、浑浊介质等)相互作用的新效应、新现象和新原理;面向高性能光电子器件的矢量光场调控新机理;
2.介观尺度下光子与电子、激子、声子等信息或能量载体间相互作用,及光吸收和辐射等光学特性的调控;深亚波长模场尺度的光源、光调制和探测等光子器件;远场亚波长分辨成像;
3.物质内部原子和电子超快行为,分子轨道和结构以及其动态演化过程的观测;原子、分子量子态的精确调控,及相应的基本物理现象、规律和理论模型。
二、2017年度资助计划
2017年度拟安排资助直接费用总计4000万元。对探索性强的项目申请按“培育项目”予以资助,拟资助15项,直接费用的平均资助强度为80万元/项,资助期限为3年,申请书中研究期限应填写“2018年1月1日-2020年12月31日”;对已有较好工作基础、有望在新型光场调控物理及应用研究方面取得重要突破的项目申请按“重点支持项目”予以资助,拟资助6-7项,直接费用的平均资助强度为400万元/项,资助期限为4年,申请书中研究期限应填写“2018年1月1日-2021年12月31日”。
申报要求及注意事项详见国家自然科学基金委员会网站,网址:
请拟申报本项目的教师于2017年6月12日前登陆ISIS科学基金网络信息系统(
科学技术研究院联系人:张开杨,张华荣;电话:85891182;邮箱:jck@njnu.edu.cn。科学技术研究院2017年5月18日

智能手机就是光子学重要性的经典例证:人们利用激光制造手机外壳;利用光刻技术制造微电子电路……

光学的“纳米尺度”进化

“光场的局域增强和亚波长束缚的传播是在纳米尺度上实现对光的操控的两个核心基础。”武汉大学物理科学与技术学院教授、中国科学院院士徐红星介绍。例如,成对的金属纳米颗粒在光场的作用下能够产生强烈的表面等离激元共振,驱动金属颗粒上的自由电子通过纳米间隙产生电磁耦合,将特定频率的光束缚在极其微小的空间中,产生巨大的电磁场增强效应,是单分子灵敏度的表面增强拉曼光谱的原因。

其中,以金属纳米结构的光学性质为核心发展起来的表面等离激元光子学最令人瞩目。表面等离激元是材料中的电子被激发后以光频集体振动,以波的形式沿材料表面传播的一种元激发。类似于石头抛在水中会激起水波沿水面传播。

纳米光子学应用前景广阔,比如光学超分辨成像、生物医学传感、固体照明、显示、光通信、半导体制造和太阳能电池等,其已成为国际研究热点,欧盟专门成立了欧洲纳米光子学协会。

北京大学物理学院研究员马仁敏指出,等离激元纳米激光器相较于传统激光器具有更小的物理尺寸、更快的调制速度、更低的阈值与功耗,在包括芯片上光互联、传感与探测、生物探针、标记示踪与成像、辐射光场调控等方向都可应用。

在12月4-5日召开的以“纳米光子学材料”为主题的第Y3次香山科学会议上,与会专家纷纷为这对“佳偶”的发展带来了最新研究成果与建设性意见。

北京大学物理学院研究员刘开辉介绍了球差校正透射电镜与超快光谱学结合的技术。“我们利用该技术研究了一维碳纳米管、二维原子层材料体系中一些低维物理和超快动力学过程问题。”

利用光的折射,我们佩戴眼镜来矫正视力,看清物体;使用望远镜、显微镜来拓宽视野,上观星空,下察纤毫。

“光”明的未来

“这是场浪漫的邂逅,当光学遇到纳米技术会产生不一样的物理反应。”本次会议执行主席之一、南京大学现代工程与应用科学学院教授李涛表示,两者的结合将极大增强光与物质的相互作用,有望实现光子学器件的小型化、构建超级透镜、实现负折射和光学隐身、获得超灵敏检测等,并为下一代信息获取、处理、传输等相关技术提供新的途径。

“纳米光子学将与量子信息领域相结合,为量子态的制备、量子信息器件的设计及片上集成提供新的基础,在光催化、精密传感等领域的不断突破也有望为下一代变革性技术的研发铺平道路。”谈及纳米光子学的发展,徐红星如是说。

伴随着现代微纳米加工技术的不断发展,科学家拥有了在纳米尺度上操纵光子的前所未有的能力,衍生出了纳米光子学这一交叉学科。纳米光子学主要研究在纳米尺度上光与物质的相互作用,并在纳米尺度对光的散射、透射、吸收、折射、量子态等进行调控。

纳米尺度通常定义为1~100纳米,1纳米是十亿分之一米。在光子学领域,正在研究的光波长尺度大约是百纳米到1微米。在小于光波长的尺度上开展光与物质相互作用的研究并了解其背后的物理机制非常重要。

(原载于《中国科学报》 2018-12-24 第4版 综合)

20世纪60年代,随着激光和光纤的发明,光子学应运而生。

统计表明,人类获取的信息有80%以上通过光学获得。与此同时,在先进制造技术的推动下,人类能够控制和利用的物质结构进入到纳米尺度,产生了纷繁多样的纳米技术。试想一下,当变幻莫测的光学遇上了“锱铢必较”的纳米技术,将会碰撞出怎样的火花?

当光遇上纳米技术

中科院物理所研究员魏红介绍,利用纳米线上的传播型表面等离激元,可以区分耦合体系中激子的不同能量衰减通道,包括产生表面等离激元、辐射为光子和非辐射损耗。在金属纳米线和量子点耦合体系中,量子点可以作为近场探针实现对表面等离激元的探测,反过来,量子点发光可以用来激发单个等离激元。

研究还发现表面等离激元在光的驱动下呈现出克服光学衍射极限的传播模式,金属纳米线表面等离激元非常敏感地依赖于纳米波导的结构、介电环境和激发方式,并可以呈现手性传播。

此次会议执行主席之一、国家纳米科学中心研究员戴庆介绍,当材料的尺寸缩小到纳米尺度后,会产生许多新奇的光电效应。“例如出现量子限域效应,可以通过改变纳米结构的尺寸来调节量子点的发光;利用纳米结构能够在亚波长尺度对光进行调控,如对不同频率的光具有不同的透射、反射,从而产生类似孔雀羽毛的结构色;同时,在金属纳米结构上可以激发出等离激元,突破光的衍射极限。”

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