1 南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300457
2 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
70多年前，黄昆先生提出了著名的“黄昆方程”和“声子极化激元”的理念，开启了极化激元研究的先河。迄今为止，黄昆方程作为以中国本土科学家命名的方程，仍然是描述极化激元最好的理论之一。在后续的几十年里，随着超快光学、纳米光学和太赫兹物理与技术的迅速发展，声子极化激元再次成为了研究的热点前沿，表面声子极化激元的相关研究为电磁波的局域和控制带来了新的维度。近几年，南开大学团队发展了黄昆方程，提出了“受激声子极化激元”的概念，逐步打开了声子极化激元参与并主导的光与物质相互作用研究的大门。基于受激声子极化激元的各种铌酸锂片上集成的太赫兹应用也得益于此，取得了长足的发展。本文对声子极化激元和受激声子极化激元等相关概念加以回顾，介绍受激声子极化激元参与下的光与物质的相互作用体系，并以太赫兹非线性光学和铌酸锂片上集成应用等研究为例，阐述声子极化激元和太赫兹物理领域近年来的发展。
非线性光学 超快光学 声子极化激元 太赫兹 亚波长光学 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0119001
1 1.南开大学 物理科学学院, 天津300071
2 2.中国人民解放军陆军工程大学 基础部, 南京 211101
3 3.南开大学 教育部弱光非线性光子学重点实验室, 天津300071
4 4.河南工程大学 河南省电子陶瓷材料及应用重点实验室, 郑州 451191
5 5.南开大学 泰达应用物理学院, 天津 300071
提拉法生长的晶体肩部形状普遍为斜肩, 但斜肩的肩部质量差且加工难度大, 会降低晶体的利用率, 生长平肩晶体可以解决该问题。然而, 平肩晶体对热场和扩肩工艺要求非常高, 扩肩阶段易出现多晶和包裹体缺陷。铌酸锂晶体作为一种多功能晶体材料, 在电子技术、光通信技术、激光技术及集成光子学技术等领域得到了广泛应用。本研究以同成分铌酸锂晶体为例, 利用数值模拟和实验方法, 研究了提拉法生长平肩晶体的热场和扩肩工艺。结果表明：提拉法生长平肩晶体时, 放肩阶段结晶前沿的界面形状需保持微凸；反射屏降低(10 mm)可减小结晶前沿的温度梯度, 避免肩部生成多晶；扩肩速度以监控为主, 微调加热功率保证扩肩趋势, 适当增大扩肩初期(ϕ≤30 mm)的速度, 降低中后期(ϕ≥35 mm)的扩肩速度, 可达到不产生包裹体和缩短放肩周期的目的；采用小幅度(Δt=10 min)微调拉速(Δv=0.2 mm/h)和功率的策略, 可实现拉速(0~1.5 mm/h)的快速变化(1.5~2 h)而不影响晶体扩肩趋势和质量。使用优化后的热场和扩肩工艺, 获得了系列三英寸平肩同成分铌酸锂晶体, 晶体光学均匀性良好。
铌酸锂 热场设计 平肩晶体 提拉法 晶体生长 lithium niobate crystal thermal field design flat shoulder crystal Czochralski method crystal growth
1 南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300457
2 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
太赫兹波与离子晶体中光学声子耦合形成的受激声子极化激元，为太赫兹波在晶体材料中的传输调控和非线性增强提供了有效途径，进而为强场太赫兹科学技术的发展开辟了新的可能性。从物理概念、实验方案、调控手段等方面简要回顾了受激声子极化激元相关的研究进展，分析了受激声子极化激元作用下太赫兹波对光与物质相互作用机制的影响，展望了受激声子极化激元在未来强场太赫兹科学技术中的发展潜力与应用前景。
太赫兹 受激声子极化激元 传输调控 非线性效应 中国激光
2023, 50(17): 1714004
1 南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300457
2 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212100
铌酸锂晶体是一种多功能、多用途的人工晶体材料，具有温度稳定性好、易于光学冷加工、性能易调控等优势。作为典型的光折变晶体，铌酸锂被广泛应用于高密度光存储、激光物理、信息处理和计算等研究与应用领域。伴随海量存储及动态全息三维显示的巨大需求与快速发展，基于铌酸锂晶体的三维光存储及动态显示再次成为研究热点。针对上述研究与应用，综述了铌酸锂晶体光折变全息存储及显示的原理、研究历史和最新进展，并对未来可能的发展方向进行了展望。
材料 铌酸锂晶体 光折变效应 全息存储 全息显示 中国激光
2023, 50(18): 1813001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, TEDA Applied Physics Institute and School of Physics, Nankai University, Tianjin 300457, China
2 Shenzhen Research Institute of Nankai University, Shenzhen 518083, China
Compact terahertz (THz) devices, especially for nonlinear THz components, have received more and more attention due to their potential applications in THz nonlinearity-based sensing, communications, and computing devices. However, effective means to enhance, control, and confine the nonlinear harmonics of THz waves remain a great challenge for micro-scale THz nonlinear devices. In this work, we have established a technique for nonlinear harmonic generation of THz waves based on phonon polariton-enhanced giant THz nonlinearity in a 2D-topologically protected valley photonic microcavity. Effective THz harmonic generation has been observed in both noncentrosymmetric and centrosymmetric nonlinear materials. These results can provide a valuable reference for the generation and control of THz high-harmonics, thus developing new nonlinear devices in the THz regime.
nonlinear optics terahertz waves topological edge states valley Hall effect Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081901
1 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室，物理科学学院，泰达应用物理研究院，天津 300071
2 南开大学细胞应答交叉科学中心，药物化学生物学国家重点实验室，生命科学学院，天津 300071
3 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
4 山西大学极端光学协同创新中心，太原 山西 030006
膜蛋白在细胞膜上的时空分布形式决定了其活性状态及功能，在调控细胞生命活动过程中起着重要作用。单分子定位超分辨成像（SMLM）技术为在纳米尺度解析膜蛋白的空间分布提供了可能，但分辨率的极大提升对图像准确聚类分割提出了更高要求。基于密度的空间聚类算法（DBSCAN）是常用的聚类方法之一，但其对于膜蛋白分布不均匀的SMLM超分辨图像的分割效果往往不太理想。本文提出了一种结合多次DBSCAN和层次聚类的混合聚类算法，该算法以DBSCAN方法为分割基础，通过进一步的面积阈值分析和层次聚类，在保持超分辨点簇图像精确聚类识别的前提下，仍能保留每个点簇内的多次定位信号。将该算法应用于模拟数据集和实验数据分割得到的轮廓系数等性能普遍优于传统DBSCAN算法。这种混合聚类方法为膜蛋白SMLM超分辨图像的聚类分割提供了新思路和新方法，有助于更精准地分析膜蛋白在纳米尺度上的空间分布信息。
生物光学 单分子定位超分辨成像 超分辨图像分割 膜蛋白 基于密度的空间聚类算法 层次聚类算法
南开大学物理科学学院&泰达应用物理研究院, 弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
铌酸锂(LiNbO3, LN)是一种多功能多用途的人工晶体, 被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速, 有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度, 使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称, 是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控, 重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果, 概述了铌酸锂光折变波导和孤子, 及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应, 并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势, 在光子学芯片的竞争中占据主导地位。
铌酸锂晶体 光折变效应 机制 掺杂 全息存储及显示 集成光子学 lithium niobate crystal photorefractive effect mechanism doping holographic storage and display integrated photonics 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1626
1 河南工程学院理学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
2 南开大学物理科学学院, 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300071
晶体美丽有用, 构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化, 在微电子、光电子、通信、航天及现代**技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体, 源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展, 晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程, 介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展, 展望了未来光电功能晶体的发展趋势。
矿物宝石 人工晶体 晶体生长 光电功能晶体 mineral gem synthetic crystal crystal growth photoelectric functional crystal 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1541
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, TEDA Institute of Applied Physics and School of Physics, Nankai University, Tianjin 300457, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Lithium-niobate microcavities have not only the ability to resonantly enhance light–matter interaction but also excellent nonlinear optical properties, thereby providing an important platform for nonlinear optical investigations. In this paper, we report the observation of multi-peak spectra in the near infrared range in lithium-niobate microcavities on a chip under the pump of a 1550 nm continuous laser. Such a multi-peak spectrum was attributed to the sum-frequency of the pump laser and its background. The conversion efficiencies of the sum-frequency processes are of the order of . The influences of the phenomenon on nonlinear processes were further discussed.
lithium niobate microcavities nonlinear optics Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 111902
