大规模星系红移巡天是探索宇宙的利器。科学家通过测量大量遥远天体的光谱，可获取星系在宇宙空间的位置分布，这包含丰富的星系成团性信息。科研人员进一步采用统计手段分析数据以揭示宇宙大尺度结构，这对暗能量性质研究至关重要。 随着宇宙的演化，探测的宇宙大尺度结构经历了非线性演化，造成了宇宙学信息向高阶统计的泄漏。同时，获取这部分星系成团性信息需要利用超出两点统计的分析。由于高阶统计的复杂性，多点统计的测量和建模有一定的挑战性。 中国科学院国家天文台与国际同行，基于星系密度场重构技术，提出联合分析重构前和重构后星系密度场的方法，发现大部分高阶信息可以有效地从两点统计中提取，在星系巡天中获取宇宙学信息方面迈出了关键一步。 为了实现新方法的实测数据应用，该团队开展了系列研究的建模工作。该研究利用高精度的数值模拟，发展了仿真器建模技术，建立了重构前功率谱、重构后功率谱以及重构前后密度场的交叉功率谱的高精度仿真器，其预测功率谱精度在1-10%。研究基于仿真器的宇宙学分析发现，宇宙物质密度和哈勃常数等宇宙学参数的限制精度获得提升。这一成果为实测数据分析奠定了基础。 联合分析重构前和重构后星系密度场提升了物质密度（Ωm）、哈勃常数（H0）和物质功率谱的振幅（σ8） 查看详细>>

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇副研究员联合哈尔滨工业大学赵永蓬教授课题组和上海理工大学詹其文教授课题组，首次完成EUV和软x射线的结构涡旋光调控与实验验证，为极紫外和软x射线波段的结构光刻、结构分束调控，和短波超分辨成像开辟了可行的技术途径。相关成果以“Producing focused extreme ultraviolet vortex with Fermat-spiral photon sieves”为题，发表于PhotoniX。 菲涅耳波带片1818年被提出，并于二十世纪六十年代成功应用于x射线聚焦。直到2001年光子筛的出现，为短波的高性能聚焦提供了不同于波带片的器件选择。涡旋光因携带轨道角动量，其螺旋形相位波前致使中心具有相位奇点从而产生中空光束，这在粒子操控、光通信、量子信息处理、高分辨显微成像等领域具有重要的潜在应用价值。 同古希腊梯子光子筛的分束机理类似，原理上各类螺旋线均能产生相似的涡旋光场，如阿基米德螺旋、斐波那契螺旋、费马螺旋、等角螺旋等。基于这一指导思想，科研人员设计了用于EUV结构涡旋聚焦的异形费马螺旋光子筛。在气体放电等离子体极紫外46.9nm激光实验中成功获得宽度467nm的结构涡旋聚焦光斑（理论值为428nm），并借助相干衍射成像复原出了结构涡旋光的螺旋相位。自支撑的异形光子筛因为天然的镂空结构，特别适用于EUV和软X射线的相干光聚焦与分束调控，这为更先进的从极紫外到X射线结构光刻、波前传感与超分辨成像提供了新的发展契机。 图1 EUV结构涡旋聚焦实验，(a-c)焦前到焦后的衍射场，(d)扫描位置的相关曲线，(e-g)焦斑光强，(f)焦斑中心相位 查看详细>>

JILA研究员、美国国家标准与技术研究院(NIST)物理学家、科罗拉多大学博尔德分校物理学教授Adam Kaufman和他的团队以及NIST的合作者，展示了一种在二维光学中使用超冷原子进行玻色子采样的新方法交叉激光束的晶格。这项研究最近发表在《自然》杂志上，标志着计算机模拟或光子方面以往成就的重大飞跃。 将光镊应用于大型哈伯德系统 研究人员使用尖端技术，包括光镊和先进的冷却方法，在1000个点的晶格中制备了多达180个锶原子的特定图案。通过最大限度地减少原子的运动并确保它们保持在最低能量状态，该团队减少了噪声和退相干，这是量子实验中的常见挑战。 考夫曼说：“光镊在多体物理学中实现了突破性的实验，通常用于研究多相互作用的原子，其中原子被固定在空间中并在长距离内相互作用。”“然而，当粒子既可以相互作用又可以隧道化，量子力学在空间中扩散时，就会出现一大类基本的多体问题——所谓的‘哈伯德’系统。在建立这个实验的早期，我们的目标是将这种镊子范式应用于大规模哈伯德系统——这篇文章标志着这一愿景的首次实现。” 通过缩放测试确认高保真度 由于玻色子采样的复杂性，直接验证180个原子实验的正确采样任务是不可行的。为了克服这个问题，研究人员对不同尺度的原子进行了采样，将测量结果与涉及中间尺度实验的合理误差模型的模拟进行了比较。 “我们用两个原子进行测试，我们非常了解正在发生的事情。然后，在我们仍然可以模拟事物的中间规模上，我们可以将我们的测量结果与涉及我们实验的合理误差模型的模拟进行比较。在大规模上，我们可以通过控制原子的可区分性来不断改变采样任务的难度，并确认没有出现任何重大问题。”第一作者、前JILA研究生Aaron Young说道。 这项工作展示了晶格中原子的高质量和可编程制备、演化和检测，可以应用于原子相互作用的情况，为模拟和研究真实的以及人们知之甚少的量子材料的行为开辟了新的方法。 查看详细>>

5月8日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣团队在钽酸锂异质集成晶圆及高性能光子芯片制备领域取得突破性进展。相关研究成果以《可批量制造的钽酸锂集成光子芯片》（Lithium tantalate photonic integrated circuits for volume manufacturing）为题，发表在《自然》（Nature）上。 随着全球集成电路产业发展进入“后摩尔时代”，集成电路芯片性能提升的难度和成本越来越高，人们迫切寻找新的技术方案。以硅光技术和薄膜铌酸锂光子技术为代表的集成光电技术可以应对这一问题。其中，铌酸锂有“光学硅”之称，近年来备受关注。 与铌酸锂类似，欧欣团队与合作者证明单晶钽酸锂薄膜同样具有优异的电光转换特性，在双折射、透明窗口范围、抗光折变、频率梳产生等方面比铌酸锂更具优势。此外，硅基钽酸锂异质晶圆的制备工艺与绝缘体上的硅更接近，因此钽酸锂薄膜可实现低成本和规模化制造，具有应用价值。 欧欣团队采用基于“万能离子刀”的异质集成技术，通过氢离子注入结合晶圆键合的方法，制备了高质量硅基钽酸锂单晶薄膜异质晶圆。进一步，合作团队开发了超低损耗钽酸锂光子器件微纳加工方法，使对应器件的光学损耗降低至5.6 dB m-1，这低于其他团队报道的晶圆级铌酸锂波导的最低损耗值。该研究结合晶圆级流片工艺，探讨了钽酸锂材料内低双折射对于模式交叉的有效抑制，并验证了可以应用于整个通信波段的钽酸锂光子微腔谐振器。钽酸锂光子芯片展现出与铌酸锂薄膜相当的电光调制效率；同时，基于钽酸锂光子芯片，该研究首次在X切型电光平台中产生了孤子光学频率梳，结合电光可调谐性质，有望在激光雷达和精密测量等方面实现应用。当前，该研究已攻关8英寸晶圆制备技术，为更大规模的国产光电集成芯片和移动终端射频滤波器芯片的发展奠定了材料基础。 欧欣介绍：“相较于薄膜铌酸锂，薄膜钽酸锂更易制备，且制备效率更高。同时，钽酸锂薄膜具有更宽的透明窗口、强电光调制、弱双折射、更强的抗光折变特性，这种先天的材料优势扩展了钽酸锂平台的光学设计自由度。” 上述成果的第一完成单位为上海微系统所。该工作由上海微系统所和瑞士洛桑联邦理工学院合作完成。 钽酸锂异质集成晶圆制备及高性能光子芯片示意图 （a）硅基钽酸锂异质晶圆（b）薄膜钽酸锂光学波导制备工艺及波导的扫描透镜显微镜 （a）钽酸锂弯曲波导、（b）铌酸锂弯曲波导的色散曲线设计（实线）与实际色散曲线（散点），可观察到铌酸锂波导色散曲线中明显的模式交叉效应 （a）薄膜钽酸锂电光调制器；（b）首次实现X切型钽酸锂上的克尔孤子光频梳 8英寸硅基薄膜钽酸锂晶圆制备 查看详细>>