液晶弹性体有望在显示器、传感、智能设备和可穿戴设备中应用。 韩国浦项科技大学(POSTECH)的一个团队，由Su Seok Choi教授和Seungmin Nam教授领导，开发了一种新型可拉伸光子器件，“可以控制各个方向的光波长”。 这项工作由该大学的电气工程系进行，在《自然》杂志《光：科学与应用》中进行了描述。 结构色是通过光与微观纳米结构的相互作用产生的，无需依赖传统的颜色混合方法即可产生鲜艳的色调。传统的显示器和图像传感器融合了三种原色(红色、绿色和蓝色)，而结构色技术则利用光的固有波长，从而产生更生动、更多样化的彩色显示。 POSTECH的公告称，“这种创新方法正在被公认为纳米光学和光子学行业的一项有前途的技术。 “自由调整纯色” 使用染料或发光材料的传统颜色混合技术仅限于被动和固定的颜色表示。相比之下，可调颜色技术动态控制与特定光波长相对应的纳米结构，从而可以自由调整纯色。 以前的研究主要局限于单向颜色调整，通常将颜色从红色转换为蓝色。扭转这种从蓝色到波长更长的红色的转变一直是一个重大挑战。 目前的技术只允许对较短的波长进行调整，因此很难在理想的自由波长方向上实现多样化的色彩表现。因此，需要一种能够进行双向和全向波长调节的新型光学器件，以最大限度地利用波长控制技术。 崔教授的团队通过将手性*1液晶*2弹性体(CLCE)与介电弹性体致动器(DEA)相结合，解决了这些挑战。CLCE是能够改变结构颜色的柔性材料，而DEAs则会引起电介质的柔性变形以响应电刺激。 该团队优化了执行器结构，使其与CLCE相结合，使其能够实现膨胀和收缩，并开发了一种适应性强的可拉伸装置。该设备可以自由调整可见光谱中的波长位置，从较短到较长的波长，反之亦然。 在他们的实验中，研究人员证明，他们基于CLCE的光子器件可以使用电刺激控制广泛可见光波长范围内的结构颜色(从450nm的蓝色到650nm的红色)。与以前的技术相比，这代表了重大进步，以前的技术仅限于单向波长调谐。 这项研究不仅为先进光子器件奠定了基础技术，还凸显了其在各种工业应用中的潜力。 崔教授评论说：“这项技术可以应用于显示器、光学传感器、光学伪装、直接光学模拟加密、仿生传感器和智能可穿戴设备，以及许多其他涉及光、颜色和可见光波段以外的宽带电磁波的应用。我们的目标是通过持续的研究来扩大其应用范围。 该研究得到了三星电子三星研究资助和孵化中心以及韩国工业技术规划与评估院的技术创新计划(柔性智能可变信息显示)的支持。   查看详细>>

近日，西安电子科技大学物理学院教师李春艳与俄罗斯科学院光谱学研究所教授YaroslavV.Kartashov合作，在非线性光学领域取得重要理论研究突破。研究成果于近日发表在物理学领域顶级期刊《物理评论快报》上。李春艳老师为该论文的第一作者和唯一通讯作者，西安电子科技大学物理学院为第一署名单位和第一通讯单位。 该研究创新性地提出了一种仅采用自散焦非线性介质和局域增益的耗散方程，实现了稳定的高拓扑荷涡旋光孤子，建立了研究光学孤子的全新物理模型。该模型打破了24年来关于耗散孤子研究的传统认知，为在各类耗散系统中实现稳定的高拓扑荷涡旋孤子开辟了新的研究方向。该项研究打破了人们对耗散光孤子研究的传统认知，创新性地提出了一种仅采用三次自散焦非线性和线性局域增益的简化模型，在极低的功率水平下获得了稳定的高拓扑荷涡旋孤子。研究人员还发现，此类涡旋孤子起源于增益-诱导线性模，这也是增益-诱导这一概念提出近20年来，首次发现其可以支持携带拓扑荷的线性模。 相关研究成果为在诸如极化激元微腔、非线性结构微腔、激光系统等各类耗散物理系统中实现稳定的高拓扑荷涡旋孤子提供了理论和实验上的指导。在实际应用中，涡旋态可以作为以拓扑荷的大小或正负为编码的信息载体进行通信、实现数字螺旋成像、粒子操纵和高分辨率成像、紧凑的涡旋激光器等，稳定的高拓扑荷涡旋光孤子以及拓扑荷数不同的涡旋态之间的转换将极大促进上述应用的发展。 拓扑荷为1的不稳定涡旋孤子在传输过程中演变为拓扑荷为3的稳定涡旋孤子 拓扑荷为4的不稳定涡旋孤子在传输过程中演变为拓扑荷为2的稳定涡旋孤子 查看详细>>

光学显微镜是各种多学科领域中使用最广泛的方法之一，用于小规模检查物体、生物体或表面。然而，它的横向分辨率从根本上受到光衍射的限制——随着对更高分辨率的需求的增长，使用传统镜头时，这一限制变得越来越重要。 在光学显微镜的最后一个成像透镜后面集成一个介电微球，为显著提高横向分辨率提供了一种很有前途的解决方案，这一研究领域被称为微球辅助显微镜。然而，在实践中，使用市售的介电微球有很大的局限性。 此外，由于MPL的非线性特性，通过在整个打印过程中局部细化激光强度，可以显着提高其精度。通过将这种复杂的方法与先进的孵化和切片策略相结合，该团队成功制造了一个直径为20μm的微球，表现出近乎完美的几何质量（λ/8）和出色的表面光滑度。 最终，将微球打印在盖玻片上，盖玻片的中心有一个孔，通过飞秒激光烧蚀处理。这种改进的盖玻片和微球体的组合构成了一个3D微型设备，可以灵活地操纵球体，并有可能集成到任何光学显微镜中。 当微球被整合到3D微设备中时，使用Mirau型相干扫描干涉仪（MCSI）和分辨率为λ=0.28的校准网格评估了微球的性能。因此，球体的光学特性超过了传统透镜在可见光下的典型分辨率限制，同时保持了MSCI的高轴向分辨率。 在短短8分钟内完成制造，包括盖玻片的修改和球体的制造，3D微型设备强烈表明其作为现实世界解决方案的适用性。此外，MPL的独特功能使创新的微光学结构和系统得以探索，以进一步提高2D和3D光学显微镜的横向分辨率。 展望未来，科学家们强调了在该领域采用MPL的多种可能性，并强调了其在经济高效地开发定制设计设备方面的巨大潜力，这些设备可以提高任何光学显微镜的分辨率。 正确处理微球需要繁琐的工作流程，并且市售介电微球的尺寸也受到限制。这些挑战阻碍了微球辅助显微镜的广泛应用，作为昂贵的显微镜解决方案（如扫描电子显微镜或原子力显微镜）的具有成本效益的替代方案。 在发表在《光：先进制造》杂志上的一篇新论文中，来自赫尔辛基大学和波鸿鲁尔大学电子结构与激光研究所-希腊研究与技术基金会的科学家开发了一种使用基于激光的3D打印制造高质量微球的新策略。这种方法利用多光子光刻（MPL），能够在微米和纳米尺度上无掩模生产真正的3D结构。 查看详细>>

近日，电子科技大学王曾晖教授、夏娟研究员团队与中南大学周喻教授团队合作报道了基于非层状二维材料β-In2S3的超高频谐振式气压传感器，实现了宽量程（从10?³Torr直至大气压）、高线性（非线性程度仅为0.0071）和快响应（内禀响应时间低于1微秒）的优异传感性能。研究人员还阐明了纳米机电谐振器的频率设计规律，并成功实验测定了材料弹性模量和器件内应力，为基于二维非层状材料的新型低维纳米器件的晶圆级设计与集成赋能。 二维非层状材料具有应用于纳米机电结构中的潜力，并因其独特的物理特性和表面活性，有望进一步实现性能优异的传感器件。然而，由于纳米机电器件对于材料稳定性和导电性等方面的要求，以及器件制备的难度，这一极具前景的应用范式一直未得到探索。近日，该团队研究人员利用β-In2S3这一具备高载流子迁移率和适中带隙的二维非层状半导体，制备了一系列工作频率在超高频频段的纳米机电谐振器，实现的气压传感性能在同类器件中暂居最优。 研究人员利用圆形纳米鼓膜（图1A−C）的动态响应考察器件弹性特征。通过自主设计并优化的激光干涉位移测量系统，有效地表征了纳米谐振器的超高频段频域动态响应（图1D）。为验证β-In2S3纳米谐振器的气压传感性能，研究人员在10??Torr至大气压的宽气压范围内不间断追踪器件动态响应，并分析了谐振频率和质量因子的调控机制。研究表明，谐振频率随气压增加而线性增长，响应度高达259.77 ppm/Torr（即每Torr气压变化将引入高达2.328 KHz的频偏），而非线性程度仅为0.0071，揭示了该传感器的优异响应性能（图1E）。此外，耗散因子随气压增加引入的额外空气阻尼呈下降趋势，理论分析表明该传感器在大气压下的响应速度可达0.95微秒。 图1(A−C)二维β-In2S3纳米机电谐振器的(A)结构示意图、(B)器件显微图及(C)电镜图；(D)谐振器的基模谐振响应实验数据（蓝线）及模型拟合（红线）；(E)谐振频率与耗散因子受腔室气压的调控关系（部分气压范围）。 研究人员制备并测试了24个不同厚度和尺寸的β-In2S3纳米谐振器，它们工作频率遍布8.48 MHz至89.97 MHz的宽频率范围（图2A），并呈现与厚度相关的耗散机制（图2B）。通过对谐振器本征频率的理论分析，研究人员提出了不同器件几何所对应的器件弹性特征的分区规律，并在实验数据上得到验证。该研究还确定了β-In2S3材料的杨氏模量（45 GPa）和内建应力（约0.5 N/m内），为基于二维非层状材料的新型纳米机电器件的设计、分析、调控和应用提供了坚实的理论基础。 图2β-In2S3纳米谐振器的性能及频率设计规律图。(A)实测的基模谐振频率（散点）及理论分析得到的频率设计规律（实线及阴影）；(B)从实验数据中提取的耗散因子（Q）与器件尺寸的关系图 查看详细>>