特刊详情 客座编辑 Sander Veraverbeke，荷兰阿姆斯特丹自由大学 Matthias Boer，澳大利亚西悉尼大学 Paulo Brando，美国耶鲁大学 Adrianna Foster，美国国家大气研究中心 Scott Goetz，美国北亚利桑那大学 主题范围 Recent extreme fire seasons in among others Amazonia, Eastern Australia, the western United States and the Arctic underscore the urgent need to better understand the interactions between climate change, human activity and fire regimes. Climate change leads to longer fire seasons,...
IOP出版社每月从年度重点期刊中精选一系列文章供大家阅读，这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 精选文章 Physics Quantum Science and Technology Magic state distillation and cost analysis in fault-tolerant universal quantum computation Yiting Liu, Zhi Ma, Lan Luo, Chao Du, Yangyang Fei, Hong Wang, Qianheng Duan and Jing Yang Microgravity facilities for cold atom experiments Matthias Raudonis, Albert Roura, Matthias Meister, Christoph Lotz, Ludger Overmeyer, Sven Herrmann, Andreas...
2022年6月，西南大学倪呈圣课题组在Journal of Physics D: Applied Physics期刊上发表了题为“Plasma-treatment of polymeric carbon nitride for efficient NO abatement under visible light”的研究论文。第一作者为西南大学资源环境学院2020级硕士研究生曾琦淼，通讯作者为西南大学资源环境学院倪呈圣副教授。论文也得到了西南大学资源环境学院倪九派教授、陈宏副教授，阿尔斯特大学Davide Mariotti教授和重庆工商大学卢兰英老师的鼎力支持与帮助。 文章介绍 Plasma-treatment of polymeric carbon nitride for efficient NO abatement under visible light Qimiao Zeng(曾琦淼), Jiupai Ni(倪九派), Davide Mariotti, Lanying Lu(卢兰英), Hong Chen(陈宏) and Chengsheng Ni(倪呈圣) 通讯作者： 倪呈圣，西南大学 研究背景： 光催化氧化法是目前净化空气中低浓度氮氧化物（NOx）最环保、经济和高效的技术。氮化碳聚合物（PCN）具有无毒、易制备、带隙合适、良好的化学稳定性等特点受到光催化领域的关注。但其活性位点少和光生载流子复合率高导致可见光催化活性偏低。对此，研究人员采用多种方法对PCN进行改性，例如形态调控、元素掺杂、异质结耦合等。介质阻挡放电（DBD）产生的低温等离子体可以通过改变表面形态、调整电子结构、促进活性组分的分散或产生新的活性相对材料进行表面改性。此外，放电过程中产生的大量自由基和高能电子利于去除空气污染物。本研究采用等离子体表面改性PCN实现高效可见光催化氧化一氧化氮（NO），为提高PCN可见光催化性能提供新的改性策略。 研究内容： 不同气氛（Air、Ar、Ar-5%H2）下用DBD处理PCN（图1），探索氧化或惰性气氛中等离子体对催化剂表面、物理化学性质和光催化活性的影响。 图1 反应装置图 成果： 原位光学发射（图2）反映等离子体过程产生了受激发的原子和分子。在空气等离子体中主要观察到N2和NO，Ar和H2放电中下存在明显的OH及大量的Ar发射峰。 图2 等离子体的光发射 等离子体处理不改变PCN的晶体结构（图3a），减少表面O-H（图3b），增加-C=O （图3c）。...
近日，我们采访了Planetary Habitability一书的作者Stephen R Kane。 >>点击此处视频，让我们一起看看他在IOP出版社的出版经历吧。 作者介绍 Stephen R. Kane is a Professor of Planetary Astrophysics at the University of California, Riverside. His work covers a broad range of topics related to planetary astrophysics and he has discovered and co-discovered hundreds of planets orbiting other stars. He is a leading expert on the topic of...
本篇研究来自西安交通大学电信学部闫森课题组。本研究面向对轻质共口径天线的需求，提出基于贴片天线与人工表面等离激元的模式调控的共口径天线设计方法。将SSPP和贴片天线作为整体，使天线在低频段激发出SSPP偶模式，引入新的谐振，实现全向辐射；在高频段SSPP工作于奇模式，仅作为引向器，并不改变贴片自身的谐振特性，但辐射方向图由侧射变为端射。通过模式调控，实现双频天线的小型化和多功能化。 文章介绍 Shared-Aperture Antennas Based on Mode Modulation of patch antenna and SSPPs Bingyue Qu（屈冰玥）, Sen Yan（闫森）, Anxue Zhang（张安学）, Yongqiang Pang（庞永强） and Zhuo Xu（徐卓） 通讯作者： 闫森，西安交通大学电信学部 研究背景： 在无线通信领域，例如航空、航海、卫星通信、移动通讯等系统中，对天线系统的性能要求愈来愈高。同时，由于飞机、卫星、移动终端、天线基站的空间大小有限，对空间利用率有极高要求，故而极大约束可天线的重量及尺寸。若为了实现多种功能而安装多副天线，会产生空间不足、电磁耦合强等问题，故而迫切需要降低天线的尺寸、重量和成本，并在一个口径内实现多频段和多种辐射功能。因此，结构紧凑的共口径多频段多功能天线在现代无线通信系统中具有重要应用价值。 研究内容： 研究提出了一种基于贴片天线和SSPP模式调控设计共口径天线的方法。设计了一种3.1 GHz全向辐射、10.56 GHz端射辐射的共口径天线，为设计轻型的多功能无线通信系统中的共口径天线提供了一种有效的选择。 其中，SSPP结构采用鱼骨形式。在低频处，其偶模式（电流对称分布）电流形成驻波，可实现全向辐射特性；而在高频处，奇模式（电流不对称分布）电流形成行波，实现端射特性。 为了实现上述两种模式的电流分布，需对SSPP奇/偶模式对应的激发方式进行特殊设计。为便于共形，使用贴片天线对SSPP进行激发，贴片和SSPP作为整体辐射时激发偶模式SSPP；SSPP作为引向器时，被贴片近场感应电流耦合激发奇模式SSPP，分别达到全向辐射与端射辐射的效果。 通过仿真分析发现，当改变鱼骨结构单元的个数及地板尺寸时，可有效调节低频的谐振频率。改变贴片边长，可改变高频的谐振频率，而鱼骨结构自身的形状决定了高频引向特性，可用于增益的调节。这充分验证了本文提出设计方法的有效性和正确性。 图1 （a）天线结构图，（b）S11，（c）偶模式电流，（d）奇模式电流，（e）低频辐射方向图，（f）高频辐射方向图 作者介绍 闫森 教授 西安交通大学 2015年获比利时鲁汶大学电子工程博士学位。2016起任比利时FWO基金会研究员。2017年入选西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”，任教授。主要研究方向包括体域网、可穿戴天线、微波传感器、超材料、多功能天线等。发表学术论文160余篇。2019年获国际无线电联盟（URSI）青年科学家奖。 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics 2022年影响因子：3.4 Citescore：5.9 Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。
本论文作者来自清华大学精密仪器系，论文主要探索新型结构光束及其在湍流环境下的性能，这种新型结构光束被称为稳定光束STOB（Steady Optical Beam）。研究结果表明，该新型结构光束能够显著提升光束传播时的抗湍流能力。通过采用相位型空间光调制器进行动态调控，该方法有效扩展了光束的焦深，并进一步提升了抗湍流能力。该研究在空气、烟雾或水介质中的信号与图像传输领域中具有应用前景。 文章介绍 Robust propagation of a steady optical beam through turbulence with extended depth of focus based on spatial light modulator Yiqian Yang（杨怡谦）, Xingwang Kang and Liangcai Cao（曹良才） 通讯作者： 曹良才，清华大学精密仪器系 研究背景： 当光束在湍流介质中传输时，介质折射率的变化会引入像差，从而显著影响光束特性并降低信号传输与成像质量。如何实现稳定传播的结构光束，是抗湍流技术领域的一个重要挑战。当前，具有特殊设计结构的透镜制造成本高且缺乏动态调制特性，在工程中衍射光学器件的应用范围相对受限。本研究通过相位型空间光调制器实现了对光场的任意调制，基于横向波矢干涉相消机理设计了一种新型结构光束STOB。该结构光束采用动态的相位分布，能够将相位光束的焦深提高26倍，同时将光束的抗湍流性能提高4.7%，这一创新方法为克服湍流效应提供了新的途径，并在实现稳定传播的结构光束方面取得了显著进展。 研究内容： 本研究基于横向波矢干涉消除机理，解决了多环结构光束STOB的动态产生问题，实现了光束抗湍流性能的提升。采用空间光调制器对STOB进行动态调制，突破了光束传播距离的限制，为光束在长距离湍流介质中的传播提供了新的解决方案。相较于传统的高斯光束，STOB具有许多优势。在强湍流介质中，STOB展现出更高的峰值强度和更好的鲁棒性能，同时具有焦深扩展和实时动态调控等特点。如图1所示，从Ring 1到Ring 6的干涉相消，可以实现一定长度的焦深DOF，在不同的深度探测都可以得到稳定的焦点。采用空间光调制器，可以实现DOF1到DOF3的焦深扫描，从而实现了长焦深光束，进一步扩展了光束的焦深范围。图2为STOB和高斯光束在水下的传播对比实验装置图，在水箱中的光束传播实验结果表明，如图3所示，尽管水的折射率不断变化，但是传播光束的稳定性仍然得到了显著的提升，光束的抗湍流性能提高4.7%。本研究提出的新型结构光束对于处理光束在湍流介质中的传播具有重要意义，并为光学系统在复杂环境下的应用提供了有力支持。 图1 长焦深光束产生原理 图2 STOB和高斯光束在水下的传播对比实验装置图 图3 STOB光束湍流鲁棒性能提升结果 作者介绍 曹良才 教授 清华大学 曹良才，清华大学精密仪器系教授、博士生导师。国际光学工程学会SPIE和美国光学学会OPTICA会士。2005年获得清华大学光学工程专业博士学位，毕业后留校工作至今，加州大学圣塔克鲁兹分校和麻省理工学院访问学者，研究方向主要为全息光学成像与显示技术，自2023年4月开始担任JPhys Photonics期刊编委。 杨怡谦 博士研究生...
本篇研究来自北京大学戴瀚程课题组。通过应用北京大学LEEEP团队自主开发的IMED综合评估模型，定量分析中国省级道路交通部门的电气化带来的碳减排和空气污染控制效果。探究不同省级区域电动汽车渗透对空气质量改善的影响，进一步分析人群健康效应，为中国道路交通电气化的省级梯度推广方案制定提供参考。 文章介绍 Regionally differentiated promotion of electric vehicles in China considering environmental and human health impacts Yan Ru Fang （方艳茹）, Xin Sun（孙锌）, Silu Zhang（张思露）, Gang Liu （刘刚）, Xiaorui Liu（刘晓瑞）, Peng Zhang, Yifei Kang, Hancheng Dai（戴瀚程） 通讯作者： 戴瀚程，北京大学环境科学与工程学院 研究背景： 交通部门在深度脱碳和减轻污染排放方面发挥了重要作用，被认为是实现全球可持续性发展的关键。中国道路运输占比较大，客运作为道路运输的重要模式，其碳排放量不容忽视。目前，推广电动汽车被普遍视为全球范围内降低交通二氧化碳排放和减少空气污染物排放的重要途径。然而，由于中国31个省级地区在经济发展、人口动态、电动汽车普及状况、汽车保有量和电力结构等方面存在差异，这将导致电动汽车的推广路径在省级层面存在差异。因此，有必要在省级层面从减排、空气质量改善、人群健康效益的角度来探讨电动汽车推广的区域差异化策略。 研究内容： 电气化推动了二氧化碳排放量的大幅减少 研究表明，在不清洁的电力系统下，电动汽车可能无法达到预期的减排效果；尽管如此，与低能效的传统燃油汽车相比，电动汽车仍具有很高的减排潜力。 图1：2011至2018年间各情景下二氧化碳排放变化及其驱动力 空气污染物减排 研究发现，在电力结构不清洁的情况下，电动汽车存在增加大气污染物排放的风险，其中， SO2的排放量最高。 图2：(a)2011至2018年间大气污染物排放趋势及 (b)2018年时空分布 空气质量和区域健康效益...
本篇研究来自中南大学何虎课题组。本文提出了基于3D打印工艺制备微流道的液态金属图案化方法，制造了柔性可延展的导线-电极单元，并对柔性可延展导线-电极单元进行了电学表征；同时提出了表面组装式与嵌入式两种液态金属柔性可延展电路的集成封装工艺。 文章介绍 Fabrication and integration of functional stretchable circuit based on liquid metal Xudong Pan（潘旭东） and Hu He（何虎） 通讯作者： 何虎，中南大学 研究背景： 柔性电子是指在弯曲、拉伸的情况下的还可以保持其功能的电子器件及电路，可以实现电子设备与人体体表类或植入类集成。另外，柔性电子设备与复杂曲面的共形能力远超传统电子设备，具有更好的适配性与可靠性。 镓铟锡合金(Galinstan)是一种常温下的液态金属，具有金属的导电性与液体的流动性，是构建柔性电子的理想材料。然而，液态金属作为导电互连结构的柔性电路，大多采用打印、印刷工艺，互连导线与功能器件难以稳定可靠连接，难以形成可靠的封装互连与工艺集成。本文针对可延展电路柔性基板大变形的情况下难以保证器件可靠的电学互连等问题，开展了基于液态金属的导电聚合物与可延展电路制造与集成工艺研究。 研究内容： （1）提出了基于3D打印工艺制备微流道的液态金属图案化方法，制造了柔性可延展的导线-电极单元，并对柔性可延展导线-电极单元进行了电学表征。导线-电极单元初始电阻仅为1.4Ω左右，最大延展率为260%。将导线-电极单元拉伸至原长110%，该范围内电学灵敏度仅为0.2，继续拉伸至原长260%，该范围电学灵敏度大约为1.5，反映出优异的电阻稳定性。同时，通过改变加载速率，发现液态金属互连导线电学性能无明显差别。 图1（a）液态金属蛇形互连结构显微图像；（b）铜箔电极与液态金属接触处显微图像；（c）20%应变，（d）50%应变，（e）100%应变下液态金属蛇形互连结构显微图像 在20%应变范围与100%应变范围循环动态加载试验中，液态金属导线-电极单元的电阻变化率ΔR/R0分别为0.012与0.23，反映了良好的电阻动态稳定性。此外，我们还注意到了液态金属优异的可修复特性，这种特性使得基于液态金属的电学互连单元具有更好的可靠性与稳定性。 图2 液态金属柔性导线-电极单元在（a）20%应变与（b）100%应变循环拉伸500次的电阻的变化 （2）提出了表面组装式与嵌入式两种液态金属柔性可延展电路的集成封装工艺。两种集成方法制造的LED灯-导线单元均可以在弯曲、折叠、扭曲等形变下正常工作，其中，嵌入式制造的LED灯-导线单元在可以在260%的应变下正常工作。另外，嵌入式集成工艺中合理的流道结构设计能够保证液态金属与电子器件固液界面稳定的机械接触，并能最大限度保留液态金属的流动性。最后，通过表面贴装集成工艺实现封装电子器件在柔性基底上集成，演示了流水灯柔性电路系统，该电路可以在100%应变下正常运行，展示了刚性器件与液态金属柔性电路集成的潜力。 图3 表面贴装法制造的LED-液态金属互连单元可在150%的大应变下正常工作，嵌入法制造的LED-液态金属互连单元可在200%的大应变下正常工作 图4 （a）（b）（c）基于单片机表面贴装法集成的流水灯柔性可延展电路，（d）（e）（f）在50%、100%应变下均可正常工作 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics 2022年影响因子：3.4 Citescore：5.9 Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。
本篇研究来自中国科学院精密测量科学与技术创新研究院管习文、北京计算科学研究中心程颂、西北大学陈洋洋课题组。本文利用Bethe ansatz-形式因子（form factor）计算法，严格计算了数千粒子的尺度上一维玻色子系统的动力学结构因子，尤其首次精确得到了色散关系阈值附近的结构因子幂律关系即非线性Luttinger液体的行为。该研究不但弥补了一直缺失的关联函数反常维数的精确结果，而且将为冷原子实验以及其它方法提供了理论基准。 文章介绍 Exact results of dynamical structure factor of Lieb–Liniger model Run-Tain Li (李润天), Song Cheng (程颂), Yang-Yang Chen (陈洋洋), Xi-Wen Guan (管习文) 通讯作者： 程颂，北京计算科学研究中心 陈洋洋，西北大学 管习文，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 研究背景： 由于维度和相互作用的共同影响，一维量子多体系统展现出诸多迥异于高维情形的有趣现象，比如Luttinger液体以及自旋-电荷分离等。关于动力学关联函数的研究一直是理解这些新奇量子多体现象的核心问题之一。然而，精确计算动力学关联函数一直是一个困难而复杂的问题。考虑到量子可积系统可以通过Bethe Ansatz方法严格求解，为理解量子多体系统的关联特性提供了精确计算方法。为此，借助形式因子方法，我们发展了一套简洁有效的算法可以用来精确计算动力学关联函数。精确地计算了在数千粒子尺度上的一维玻色气体（Lieb-Liniger模型）动力学结构因子。 研究内容： Lieb-Liniger模型是最典型的一维量子可积系统，它描述了一维具有接触相互作用的无自旋玻色子气体。该模型可以利用Bethe Ansatz方法精确求解，体系的本征态可以利用一组类似无相互作用费米子的量子数标定。一般来说，利用谱表示计算动力学关联函数需要考虑所有的本征态对形式因子的贡献并求和。因此，计算大尺寸系统关联函数的核心困难是如何找出具有显著贡献的本征态并有效的截断求和。 为此，我们提出用4个具有显著物理意义的量子数标注（非负整数）来划分本征态的集合，事实证明这种划分能非常高效的筛选出了对关联函数贡献较大的状态，从而精确计算了色散关系阈值附近的结构因子幂律关系和非线性Luttinger液体的行为，其结果也确认了非线性Luttinger液体理论预言的正确性。这表明在该尺寸下体系的关联性质已经接近热力学极限，展现了量子多体关联的本质。此外，我们还与其他理论方法进行了对比，结果显示我们的方法具有极高的精度，尤其是正确地反映了关联函数在谱边界上的幂律行为，参见图1。另外，我们的结果为其它方法提供了参考，参见图2 。 图1. 动力学结构因子的线形以及它在谱边界上的幂律行为，这里的系统粒子数N=2000，相互作用强度γ=1，激发动量k=0.5kF ：(a) 动力学结构因子随激发能量的变化；(b) 单粒子谱的下边界上的幂律关系；(c) 单粒子谱的上边界上的幂律关系。注意，(b)和（c）均为对数坐标。 图2. 通过不同方法得到的动力学结构因子：FFA表示我们利用form factor approach得到的结果；SCE表示强相互作用展开(strong coupling expansion)的解析结果；ABACUS表示基于ABACUS库的数值方法。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical...
本篇研究来自中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）杨清华课题组。本文基于国际上最新发布的CryoSat-2全季节北极海冰厚度遥感数据和气候多学科漂流冰站（MOSAiC）海冰现场观测数据，系统评估了代表当前国际现状水平的极地预测年(YOPP)北极海冰厚度预测能力，发现当前的北极海冰厚度预测水平仍存在较大不足。 文章介绍 Better synoptic and subseasonal sea ice thickness predictions are urgently required: a lesson learned from the YOPP data validationQinghua Yang(杨清华), Yongwu Xiu(修勇武), Hao Luo(罗昊), Jinfei Wang(王今菲), Jack Christopher Landy, Mitchell Bushuk, Yiguo Wang, Jiping Liu(刘骥平) and Dake Chen(陈大可) 通讯作者： 杨清华，中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海） 研究背景： 全球变化背景下，北极海冰在近十多年来快速减少，并多次刷新历史低值。这为人类北极海上活动提供了机遇，但也对极地海冰预测提出了更高的要求。在此背景下，世界气象组织(WMO)于2013年启动了为期十年的极地预测计划（PPP）,目的是显著提高从小时到季节时间尺度的极地预测能力。极地预测年(YOPP)是PPP的核心行动，旨在通过加密观测、数值模拟与验证等方式提升极地预测水平。YOPP海冰预测数据集作为YOPP的重要成果之一，代表了当前的极地海冰预测现状水平。海冰厚度是重要的海冰参数之一，但目前仍缺乏针对YOPP海冰厚度预测数据的系统性评估。 研究内容： 综合可获取的卫星观测和现场观测海冰厚度数据集，系统性评估了YOPP预测数据集的海冰厚度预测表现。特别是，创新性地使用了国际上最新发布的基于CryoSat-2卫星的全季节北极海冰厚度遥感数据（Landy等，2022），以及迄今为止人类最大规模的北极科考计划-气候多学科漂流冰站（MOSAiC）浮标观测数据。研究结果表明，YOPP海冰厚度预测数据有较大的初始误差（图1a-b），且初始误差在不同季节有较大差异（图1d-f）；与初始误差相比，未来15天内的预测误差变化较小（图1c，f）。 图 1.（a）现场观测海冰厚度数据，（b）YOPP海冰数据初始误差，（c）YOPP海冰厚度预测误差统计随预测时长的变化，（d-e）聚类分析得到的两类海冰厚度误差分布，（f）两类海冰厚度误差部分在不同月份的相对显著程度。 为进一步评价当前业务预测对海冰厚度的初始场分析能力，对比分析了YOPP海冰厚度分析场与国际主流的海冰厚度模式数据集的差异。基于误差分解的研究结果表明，相对于国际主流的海冰厚度模式数据集，YOPP海冰厚度分析场仍有较大误差（图2a-c），其中在波弗特海区的误差主要来源于较大的平均值与方差估计误差（图2d-e），在中央海区的误差主要来源于较大的协方差估计误差（图2f）。 图 2. （a）基于MOSAiC浮标观测的YOPP冰厚分析场误差（橙色圆点）、PIOMAS误差（蓝色圆点）、TOPAZ4误差（绿色圆点）、NAOSIM误差（黄色圆点）；（b）基于MOSAiC浮标观测数据的泰勒图；（c）基于CryoSat-2卫星反演冰厚的YOPP海冰厚度分析场与多源海冰厚度模式估算数据均方根误差的差异；（d）-（f）：均方根误差分解项，依次为：误差平方的差异，方差的差异，协方差差异的负二倍 本研究表明不同于相对成熟的海冰水平范围预测，当前的北极海冰厚度预测水平仍存在较大不足，呼吁加强卫星观测海冰厚度数据的资料同化应用研究，以改善业务预报中心北极海冰厚度的模式分析质量，进而提升北极海冰厚度预测能力。 作者介绍 杨清华 教授 中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海） 杨清华，中山大学大气科学学院教授，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）主任助理。主要从事极地海冰和气候预测研究。 期刊介绍 Environmental Research Letters...
本篇研究来自河南科技大学李新忠、台玉萍和新加坡南洋理工大学申艺杰课题组。本文通过改进晶格坐标变换技术，提出了一种可多维调控的光学涡旋阵列，该阵列不仅整体结构可控，而且局部涡旋甚至单个涡旋的位置都是可独立调控的。并通过平面波干涉验证了涡旋的存在，并确定了其大小。此外，我们对每个涡旋的半径及其位置进行了独立调控。这项工作提供了一种产生灵活可控的光学涡旋阵列的新方案，将在光学捕获和多粒子操作中开辟潜在的应用前景。 文章介绍 Multi-dimensionally modulated optical vortex arrayYuping Tai（台玉萍）, Haihao Fan, Xin Ma, Yijie Shen（申艺杰）,and Xinzhong Li（李新忠） 通讯作者： 台玉萍，河南科技大学 申艺杰，新加坡南洋理工大学 李新忠，河南科技大学 研究背景： 近年来，携带轨道角动量的光学涡旋在微粒操纵、基于轨道角动量的光通信等领域受到了广泛关注。对于这些应用，光学涡旋阵列提供了丰富的信息和额外的灵活性，更好地满足了大容量光通信和多粒子操作的应用需求。然而，密排布的光学涡旋阵列结构受到整体控制的限制，不能独立调节阵列中每个涡旋的位置以产生更一般化结构的光学涡旋阵列，这限制了光学涡旋阵列在多粒子复杂操作中的应用。 研究内容： 图1 不同结构的可多维调控光学涡旋阵列 在固体物理中，使用了14种Bravais晶格来完整地描述晶体结构的排列。在二维平面上的投影可以表示为平行四边形、正方形、菱形和六边形。同样，使用本工作的方法可以很容易地生成具有正方形、菱形和六边形结构的可多维调控光学涡旋阵列，如图1所示。 图2 可多维调控光学涡旋阵列的列调控 如图2(a1)−(c1)所示，通过改变参数q，可以自由地调整阵列中涡旋的列间距，从而提供了一个额外的调控维度。除列调控外，还可以通过改变两个位置参数Gn,1和Gn,2自由地进行行调控和行列组合调控，如图3(a1)−(c1)和(a2)−(c2)所示。该方法还允许控制任意数量涡旋的位置。图3(a3)−(c3)和(a4)−(c4)分别展示了阵列中的1个、3个和5个涡旋调控的结果。 图3 可多维调控光学涡旋阵列的多维调控 图4 可多维调控光学涡旋阵列中单个涡旋的独立调控 此外，该方法可以通过对每个涡旋进行独立调控而产生更通用的阵列模式。如图4(a)所示，通过设置位置参数和锥角，实验产生了一种涡旋均匀分布的空心可多维调控光学涡旋阵列。在应用方面，该可多维调控光学涡旋阵列将促进一些高级应用，如多粒子操作和功能型微结构。为了证明该阵列的能力，我们通过调节光学涡旋的半径来模拟NaCl晶体结构的投影，如图4(c)所示。 作者介绍 李新忠 教授 河南科技大学 李新忠，河南科技大学教授，博士生导师，河南省杰出青年基金获得者。主要研究方向为光场调控技术、动态散斑测量技术等。在Phtonics Research、Nanophotonics、Optics Letters、Applied Physics Letters、Physical Review A、Optics Express、Annalen der Physik、《光学学报》、《中国激光》等中外著名期刊上以第一作者/通讯作者发表SCI论文50余篇（其中，ESI高被引和热点论文1篇）。出版学术专著3部，授权国家发明专利50余项，专利成果转化10余项。 申艺杰 助理教授 新加坡南洋理工大学 申艺杰，清华大学光子测控技术教育部重点实验室、精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室博士，英国南安普顿大学光电研究中心高级研究员，新加坡南洋理工大学物理与数学科学学院物理与应用物理系助理教授。研究方向为结构光操控、光学角动量、量子纠缠、超快非线性光学及纳米光学与超材料。在物理及光学领域知名期刊NaturePhotonics, Nature...
In its 60 years of existence, the field of nonlinear optics has gained momentum especially over the past two decades thanks to major breakthroughs in material science and technology. In this article, we present a new set of data tables listing nonlinear-optical properties for different material categories as reported in the literature since 2000. The...
