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Abstract
School of Physics, State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, and Nano-optoelectronics Frontier Center of Ministry of Education, Peking University, Beijing 100871, China
Quantum information technology requires bright and stable single-photon emitters (SPEs). As a promising single-photon source, SPEs in layered hexagonal boron nitride (hBN) have attracted much attention recently for their high brightness and excellent optical stability at room temperature. In this review, the physical mechanisms and the recent progress of the quantum emission of hBN are reviewed, and the various techniques to fabricate high-quality SPEs in hBN are summarized. The latest development and applications based on SPEs in hBN in emerging areas are discussed. This review focuses on the modulation of SPEs in hBN and discusses possible research directions for future device applications.
quantum emission single-photon emitter hexagonal boron nitride two-dimensional materials quantum nanophotonics Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 032701
将光子计数技术与单像素成像结合的单光子压缩成像方法具有成本低、灵敏度高的特点，但该方法使用传统压缩重建算法时重建时间长。基于深度学习的压缩重建网络不仅实现了快速重建，而且可获得更好的重建质量。最近用于单像素成像的压缩重建网络主要基于光探测器工作在模拟方式，采用无噪声或带有加性高斯白噪声的系统仿真数据进行训练。对此，建立了单光子压缩成像系统噪声模型，提出了一种用于单光子压缩成像的抗噪声重建网络（RN）训练方法，使用含有泊松噪声的测量值仿真数据对神经网络进行训练，并搭建单光子压缩成像系统进行验证。实验结果表明，RN能明显提高各种已有压缩重建网络的图像重建质量。在此基础上，提出了一种用于单光子压缩成像的抗噪重建网络（RPN-net），该网络采用跨越式连接结构与阶段式训练方法，实验结果表明其重建性能优于现有的压缩重建网络。
成像系统 压缩感知 光子计数技术 单光子压缩成像 深度学习 泊松噪声 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0411003
在进行高分辨率成像时,由于需要大量的测量和图像重建计算,单光子压缩成像需要较长的时间。提出了一种采样和重建集成的残差编解码网络SRIED-Net用于单光子压缩成像。将二值化的全连接层作为网络的第一层,并将其训练成二进制的测量矩阵,直接加载到数字微镜阵列上以实现高效压缩采样。除第一层外的其余网络都用于快速重建压缩感知图像。通过一系列的仿真和系统实验比较了压缩采样率、测量矩阵和重建算法对成像性能的影响。实验结果表明,SRIED-Net在低测量率下优于目前比较先进的迭代算法TVAL3,在高测量率下与TVAL3的效果很接近,在所有测量率下都优于目前常见的几种基于深度学习的方法。
成像系统 单光子成像 单光子压缩成像 压缩感知 深度学习
光与物质的相互作用一直都在吸引着人们的研究兴趣，它也是与各种光学应用有着广泛联系的基础物理问题。等离激元是光与凝聚态物质相互作用形成的一种新型元激发准粒子，具有特殊的色散与光传输特性，是微纳光子学研究前沿领域之一。长程传播的等离激元在传播过程中波矢色散很大，可以突破衍射极限，实现亚波长尺度光信号的传输、超分辨成像、超分辨光刻等。亚波长结构的等离激元具有很强的电磁共振，可以用于构造超构材料与超构表面，对电磁波相位、波前进行调控，实现一些新型的光学器件。通过人工结构设计实现的Spoof等离激元，可以进一步将等离激元的工作波长向长波拓展，在微波与太赫兹波段构建新型等离激元器件。纳米颗粒的等离激元局域共振具有出色的局域光场增强效应，在非线性光学、纳米激光器、增强拉曼散射、生物分子探测领域有极高的应用价值。另外，等离激元场与颗粒间的动量交换，使其在近场光力与微操作方面也有潜在应用。等离激元对光的吸收很强，可以将光子能量高效地转化为热能或其他能量，因此等离激元在太阳能利用、辐射制冷、水资源利用方面也有广阔的应用前景。早期对等离激元的研究主要集中在金属材料领域，在一些半导体与二维材料中掺杂也可以产生红外波段的等离激元，相应研究大大拓展了等离激元材料的种类。
激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202400
北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室, 北京 100871
表面等离激元因具有能突破光学衍射极限、表面局域性和近场增强等奇特的光学性质，被广泛应用于光伏、光催化和光电探测等研究领域。将具有高效光捕获特性的表面等离激元与传统半导体器件相结合，可以极大地提高传统半导体器件的效率，具有重要的应用价值。由局域表面等离激元弛豫产生的热电子是将太阳能转化为电能或化学能的关键，因此从微观上研究表面等离激元热电子的产生及弛豫过程对于设计高效率表面等离激元纳米光电器件具有重要意义。综述了表面等离激元热电子的激发及其在金属-半导体材料界面处的超快动力学过程的研究进展，分析了目前存在的主要问题并对其未来的发展前景进行了展望。
表面光学 表面等离激元 热电子 异质结 抽运-探测技术 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 030002
1 南开大学物理科学学院实验中心, 天津 300071
2 南开大学物理科学学院光子学中心弱光非线性光子学材料先进技术及设备教育部实验室,天津市信息光子材料与技术重点实验室, 天津 300071
3 石家庄机械化步兵学院文化教研室, 石家庄 050083
表面等离体子波(SPW)可与入射光横磁波极化能量耦合并被共振激发,这种现象被称为表面等离体子共振现象(SPR)。主要利用扫描近场光学显微镜(SNOM)技术和表面等离体子共振现象技术相结合,来研究金膜表面等离体子共振。设计并建立了结构独特的新型Kretschmann型表面等离体子共振现象耦合装置,同时又设计了具有厚度梯度的表面等离体子的制备方法。在此基础上,测量了改变入射角条件下的表面等离体子共振曲线,测得该装置的等离体子共振角灵敏度为1°。并且对金膜表面进行表面等离体子共振条件下的扫描近场光学显微成像。实验结果表明,在共振时金膜表面的扫描成像比不共振时清晰,而且增加了很多细节。应用表面等离体子共振现象技术将可以明显提高扫描近场光学显微镜的信噪比、分辨力等性能。
近场光学 表面等离体子波 表面等离体子共振 扫描近场光学显微镜 克里施曼配置
