JOPT编辑优选：结构光诱导力显微镜的发展趋势
文章介绍
Jinwei Zeng（曾进炜）, Yajuan Dong, Jinrun Zhang and Jian Wang（王健）
通讯作者：
- 王健，华中科技大学
研究背景：
传统的光学显微镜通常仅能观察样品的外观，难以直接探测样品的内在电磁性质。因此，纳米样品的电磁性质难探测、难分析、难利用，成为了制约未来超集成芯片技术与精密生物探测技术发展的重要瓶颈。为了克服这个瓶颈，科学家们研究了新的照明光源（结构光场光源）与探测技术（近场光力探测技术）。作者将这种技术命名为结构光诱导力显微镜（Structured light-induced force microscopy，SLiFM），期望该技术可以实现高分辨率、高信噪比的电磁表征，从而揭示纳米样品的多种高维度复杂电磁信息。
研究内容：
作者回顾了近年来科学家们对结构光场、结构光场与纳米结构相互作用、以及近场光力电磁表征方面的进展，这些研究构筑了SLiFM系统的重要基础。
首先，如图1所示，具有非均匀幅度、相位、偏振空间分布的结构光场是SLiFM系统的特征光源。与传统光源不同，结构光场可拥有轨道角动量、矢量偏振等多维光子信息，可探索物质更为复杂的电磁性质。
图1. 典型结构光场的光强分布。
其次，利用多极子模型可分析结构光场与纳米结构相互作用，如图2所示，结构光场可以激发纳米结构独特的电磁特性（例如纯电/磁偶极子、非对称响应等）。
图2. 光与纳米物质相互作用示例。
最后，如图3所示，通过设计特定的结构光场—纳米探针—纳米样品系统，SLiFM可以激发并探测特殊的近场光力，从而表征响应的电磁性质（例如光磁性等）。由于近场光力是一种高度局域化的洛伦兹力（电磁力），因此该电磁表征具有高分辨率与高信噪比的特性。
图3. SLiFM系统初步研究进展。角向偏振光束及该光束与硅截锥纳米结构相互作用的表征。
综上所述，如图4所示，作者认为SLiFM系统有望实现特殊结构光场表征、单分子生化特性表征、纳米颗粒操纵等应用，推动纳米光学领域的进一步发展。
图4. SLiFM系统有望实现的应用领域。
作者介绍
曾进炜 副教授
华中科技大学
- 曾进炜，华中科技大学副教授、博士生导师。2007年毕业于华中科技大学光信息工程系获学士学位，2014年9月博士毕业于美国纽约州立大学布法罗分校，之后分别于2015-2016年在美国密苏里科技大学，2016-2018年在美国加州大学尔湾分校任博士后研究员。2019年入职于华中科技大学武汉光电国家研究中心任副教授。获湖北省百人计划。长期致力于结构光场与纳米结构相互作用的基础理论与应用的研究，尤其专注于光诱导力显微镜在超分辨电磁表征方向的相关研究。相关成果发表Sci论文20余篇，其中代表作以第一作者发表在Science Advances, ACS Nano, ACS Photonics, Nano Letters, ACS Photonics等本领域国际知名期刊。另有发表第一作者邀请专著1章以及专利1项，并受邀在领域内国际学术会议做报告十余次。
王健 教授
华中科技大学
- 王健，华中科技大学博士、教授、博导，武汉光电国家研究中心副主任。国家杰出青年科学基金获得者、OPTICA Fellow、SPIE Fellow。曾入选国家优秀青年科学基金、长江学者奖励计划青年学者、国家万人计划青年拔尖人才、英国皇家学会牛顿高级学者。获王大珩光学奖中青年科技人员奖。第1完成人两次获教育部自然科学一等奖，一次获教育部青年科学奖。主要研究方向是光场调控、多维光通信、光信号处理、光电子器件与集成、硅基光子集成芯片等。承担国家重点研发计划（项目负责人）、国家973计划课题（课题负责人）和国家自然科学基金等项目。第一和通信作者发表Science、Nature Photonics、Nature Communications、Science Advances、Light: Science & Applications、Physical Review Letters等高水平论文，入选2020-2022爱思唯尔中国高被引学者。研究成果被Nature亮点报道，入选美国光学学会重要进展、国家“十三五”科技创新成就展。担任美国光学学会会士评选委员会委员和中国光学学会常务理事。
期刊介绍
- 2021年影响因子：2.077 Citescore: 5
- Journal of Optics（JOPT）出版光学方面的实验和理论研究论文，研究领域包括：纳米光子学和等离激元光子学；超构材料和结构化光子材料；量子光子学；生物光子学；光与物质的相互作用；非线性和超快光学；光的传播、衍射和散射；信息和通信光学；集成光学；光伏和能量收集。除原创性研究外，JOPT还出版专题综述，为研究人员带来高质量的内容。所有JOPT文章还提供HTML阅读模式，方便研究人员使用手机或平板进行阅读。