Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics, Department of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics & Collaborative Innovation Center of Quantum Matter & Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
3 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
4 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
5 Hefei National Laboratory, Hefei 230088, China
Hybrid metal-dielectric structures combine the advantages of both metal and dielectric materials, enabling high-confined but low-loss magnetic and electric resonances through deliberate arrangements. However, their potential for enhancing magnetic emission has yet to be fully explored. Here, we study the magnetic and electric Purcell enhancement supported by a hybrid structure composed of a dielectric nanoring and a silver nanorod. This structure enables low Ohmic loss and highly-confined field under the mode hybridization of magnetic resonances on a nanoring and electric resonances on a nanorod in the optical communication band. Thus, the 60-fold magnetic Purcell enhancement and 45-fold electric Purcell enhancement can be achieved. Over 90% of the radiation can be transmitted to the far field. For the sufficiently large Purcell enhancement, the position of emitter has a tolerance of several tens of nanometers, which brings convenience to experimental fabrications. Moreover, an array formed by this hybrid nanostructure can further enhance the magnetic Purcell factors. The system provides a feasible option to selectively excite magnetic and electric emission in integrated photonic circuits. It may also facilitate brighter magnetic emission sources and light-emitting metasurfaces with a more straightforward design.
Purcell effect magnetic emission hybrid structures Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 103602
1 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
2 南开大学物理科学学院，天津 300071
3 北京工业大学理学部信息光子技术研究所，北京 100124
4 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
神经网络中的非线性激活层可以改变多层网络数据间的线性变换关系，使神经网络得以进行更复杂的学习。为实现处理速度更快，能耗更低的运算，近年来光子领域的神经网络逐渐受到重视，一系列光学非线性激活函数器件应运而生。本文综述了近年来在光学神经网络中引入非线性激活函数的工作，从光学非线性函数的物理机制及其在光学神经网络中的应用出发，对该领域的工作进行了回顾；总结并讨论了光学神经网络中光学非线性激活函数器件发展所面临的挑战及变化趋势，并基于此展望了其发展前景。
非线性光学 光学神经网络 非线性激活函数 光学学报
2023, 43(16): 1623001
《光学学报》创刊于1981年，40年来为中国光学的人才培养、科学研究和学科发展作出了重要贡献，是光学人心目中最重要的学术期刊之一。
正如创刊主编王大珩先生反复提到的“光学老又新”，光学既有悠久的发展历史，又在信息时代不断迭代创新。人类很早就观察到了光学现象，如小孔成像，之后衍生出许多新领域，如光场调控、微纳光学、超快光学等。如今，光学发展又进入了一个新的阶段，突破了传统的学科界限，形成了纳米光纤、超高分辨成像、光电融合集成等新的研究方向。信息技术发展的基础之一就是光学。信息传输需要光纤，数据编码靠光开关来实现，芯片、光刻技术等与光学紧密相关，新冠病毒检测的重要手段之一是荧光测量……光学已广泛应用于实际生活，与社会民生紧密联系在一起。为强调光在多领域的重要作用，联合国教科文组织从2018年开始，将每年5月16日定为“国际光日”。
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
超表面可被设计应用于波前的空间变换,二维周期性光学超表面结构的研究主要集中于调控光在自由空间中传播的波前。为了操控片上光信号传输的自由度,实现小尺寸、宽带以及低损耗的片上集成光子计算芯片,发展了一系列一维片上超表面的设计工作。对近几年来基于介质超表面的片上集成纳米光子器件的相关工作进行综述,从片上超表面的物理机制、片上超表面的实现方法以及片上超表面在集成纳米光子器件中的应用几方面出发进行了回顾和讨论。同时也对潜在的挑战进行了总结,对片上超表面在集成纳米光子器件中的进一步应用研究进行了展望。
光学器件 一维超表面 相位调控 纳米光子器件
奇异点是非厄米系统中的特殊点，奇异点附近的参数空间会出现很多新奇的物理现象。超表面是物理学近年来兴起的一个研究热点，人们基于超表面的平台已经设计实现了大量性能优越的器件。超表面的出现为研究奇异点提供了一个易操作的平台，通过精确控制超表面的结构参数，可以方便地研究奇异点周围的参数空间。研究超表面中的奇异点也为研究新的物理规律提供了基础的平台，文中首先介绍了奇异点和超表面中的奇异点的基本理论，之后介绍了超表面中奇异点的最新研究进展，最后对目前该领域亟待解决的问题进行了分析总结，对该领域的发展进行了展望。
奇异点 非厄米系统 超表面 exceptional points non-Hermitian systems metasurface 红外与激光工程
2020, 49(9): 20201029
1 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
2 北京大学纳光电子前沿科学中心&量子物质科学协同创新中心, 北京 100871
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
胶质量子点作为一种半导体纳米晶体,具有量子产率高(约为100%)、辐射波长可调、性质稳定、折射率较高、可溶液处理和制作成本低廉等优点,被广泛用作微纳激光器的增益材料。基于胶质量子点的纳米尺寸(2~20 nm)和可溶液处理的性质,胶质量子点可以通过自组装的方式密集堆积形成高折射率微纳结构。为此,从胶质量子点激光器谐振腔的制备方面,总结了三类常见的胶质量子点微纳激光器,并对各自的特点进行了详细的分析。此外,还介绍了胶质量子点激光器与波导的片上集成,并着重介绍了模板辅助填充法这一集成方法。最后对胶质量子点激光器及片上集成在集成光子回路领域的发展进行了展望。
激光器 胶质量子点 谐振腔 自组装 微纳激光器 片上集成
1 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
2 北京大学纳光电子前沿科学中心, 北京 100871
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
凹陷包层波导是一种新型波导,其折射率未变化的波导芯被数量众多的折射率变低的轨迹包围,具有截面形状和大小可以灵活调控的优点。凹陷包层波导芯区保留了材料原本的性质,可以传播横电和横磁两种偏振模式,在集成光子学领域具有重要的发展潜力。利用飞秒激光三维微纳加工技术,可以在多种玻璃和晶体材料中制备凹陷包层波导。除了通过平移和螺旋扫描进行制备,还可以利用焦场整形技术实现快速制备。综述了凹陷包层波导的飞秒激光加工进展及其在波导激光器、频率转换、温度传感、波导光栅滤波器和集成光子学器件等方面的应用。
激光光学 集成光学器件 凹陷包层波导 飞秒激光加工 直写 焦场整形 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111427
1 北海道大学电子科学研究所, 日本 札幌 001-0020
3 北京大学物理学院, 北京 100871
对超快光电子显微技术的基本原理和主要应用进行了简单介绍。着重介绍了超快光电子显微镜在纳米光子学,特别是在表面等离激元光子学领域中的研究进展,主要包括近场成像、近场光谱以及时间分辨的动力学过程。这些研究有助于更直观深刻地理解表面等离激元的基本性质、不同模式之间的相互作用,以及更好地设计及拓展表面等离激元的应用。最后,对该技术的应用前景进行了展望。
超快光学 近场 光电子显微技术 表面等离激元 飞秒激光 时间分辨测量
