来源:京师物理 发布时间:2018/12/7 10:00:50
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《自然—光子学》导读:2018年9月

 

视点 (Perspectives)
 
荧光分子成像方法的标准化
 
目标荧光剂在临床医学中的应用预示着手术中的在线实时成像技术已经克服了人类视力的局限。然而,与成熟的放射学方法相比,在荧光分子成像中还没有建立适当的性能规范和标准。此外,荧光信号对许多实验参数的依赖性以及从可见光到短波红外(400-1700nm)的波长范围的使用使荧光分子成像中的质量控制更加复杂化。在本文中,作者讨论影响荧光分子成像精度的实验参数,并介绍高保真荧光成像的概念,作为确保组织中荧光生物分布的可靠再生的手段。
 
Tackling standardization in fluorescence molecular imaging
 
Maximillian Koch, et al.
 
Nat. Photonics 12, 505 (2018)
 
 
 
 
综述文章 (Review Articles)
 
具有光学界面固态自旋的量子技术
 
固体中的杂质的自旋为实现量子技术提供了独特的架构。晶格中的电子和附近核自旋的量子寄存器具有高保真态操纵和读出,长寿命量子存储,以及通过光学跃迁将自旋和光子相干连接的量子态的长距离传输等特性。这些特性与固态器件设计相结合,使杂质自旋成为了量子网络、信息处理和传感方面很有希望的资源。侧重于单个自旋的接入和连接的光学方法,本文介绍了杂质系统的最新进展,例如金刚石和碳化硅中的色心、固体中的稀土离子和硅中的供体。通过纳米制造、量子控制和材料工程的持续进步,本文为芯片级量子技术的发展提供了可能途径。
 
Quantum technologies with optically interfaced solid-state spins
 
David D. Awschalom, et al.
 
Nat. Photonics 12, 516 (2018)
 
 
 
 
快报(Letters)
 
降维手性钙钛矿中的自旋控制
 
有机-无机杂化钙钛矿表现出很强的自旋-轨道耦合,自旋相关的光学选择定则和较大的Rashba分裂。这些特性使其成为具有光子界面的自旋电子器件的有希望的候选材料。在这里,本文报告钙钛矿中的自旋极化可以通过化学设计和磁场来控制。作者通过手性传递和能量漏斗的组合策略,在降维的手性钙钛矿中获得自旋极化光子吸收和自旋极化光致发光。由于σ+和σ-极化光致发光的不同发射率,即使在没有施加外部磁场的情况下,作者也观察到了3%的自旋极化光致发光。三维钙钛矿仅在5T的外部磁场下实现了相当程度的光致发光偏振。本文的研究结果为研究手性钙钛矿成为强大的自旋电子材料铺平了道路。
 
Spin control inreduced-dimensional chiral perovskites
 
Guankui Long, et al.
 
Nat. Photonics 12, 528 (2018)
 
 
 
 
文章 (Articles)
 
利用大规模硅量子光子学
 
实现任意双量子比特处理
 
光子学是一个实现通用量子信息处理的有前景的平台,其主要挑战包括如何精确控制线性光学元件的大规模电路和有效实现光子上的纠缠操作。通过使用大规模硅光子电路实现量子算子线性组合方案的扩展,本文实现了完全可编程的双量子比特量子处理器,进行了光学领域的通用双量子比特量子信息处理。量子处理器采用成熟的CMOS兼容处理技术制造,包含200多个光子元件。作者对该器件进行了编程,实现了98种不同的双量子比特单位运算(平均量子过程保真度为93.2±4.5%)、两量子比特量子近似优化算法、以及Szegedy定向量子行走的有效模拟。这促进了将硅光子学的线性组合架构进一步用于未来的光子量子处理器。
 
Large-scale silicon quantum photonics implementing arbitrary two-qubitprocessing
 
Xiaogang Qiang, et al.
 
Nat. Photonics 12, 534 (2018)
 
 
 
 
利用纳米光学内窥镜研究体内
 
高分辨率光学相干断层扫描
 
利用内窥镜光学成像从内脏器官内部获取高分辨率图像具有许多临床应用。然而,由于存在光学像差以及横向分辨率和焦深之间的互斥困难,该技术手段受到了很大的限制。在这里,本文将能在亚波长级别调整入射光相位的超透镜,整合到内窥镜光学相干断层扫描导管(被称为纳米光学内窥镜)的设计中,再通过消除非色差来实现近衍射极限成像。值得注意的是,在光谱干涉测量的背景下,超透镜的可控色散被用于维持超出输入场的瑞利范围的高分辨率成像,从而减轻了横向分辨率和焦深之间的互斥困难。本文展示了切除的人肺标本和体内绵羊呼吸道的内窥镜成像。纳米光学内窥镜的优异分辨率和更高成像聚焦深度的组合可能增加内窥镜光学成像的临床应用价值。
 
Nano-optic endoscope for high-resolution optical coherence tomography invivo
 
Hamid Pahlevaninezhad, et al.
 
Nat. Photonics 12, 540 (2018)
 
 
 
 
在低于10 Wcm-2光照下的单次上转换纳米粒子成像
 
镧系元素掺杂的上转换纳米粒子(UCNPs)是很有前景的单分子探针,因为它们在红外激发下具有不闪烁、耐光漂白的发光特性。然而,低于50nm UCNPs的弱发光性将其单粒子检测限制在10 kWcm-2以上,这对于活细胞成像是不切实际的。在这里,本文通过入射功率超过106种变化下的各种组合,系统地描述了UCNP的单粒子发光特性,可低至8 Wcm-2。核-壳-壳(CSS)结构(NaYF4@ NaYb1-xF4:Erx @ NaYF4)显示出比常用的NaY0.78F4:Yb0.2Er0.02明显更亮。在8 Wcm-2时,8%Er3+ CSS粒子表现出了150倍的增强,因为它们包含高敏化剂Yb3+和防止能量转移的惰性壳。此外,本文还揭示了惰性壳层的能量相关的发光增强,这就解释了系综和先前单粒子测量报告的增强因子间的差异。这些更明亮的探针开启了低辐光照下对细胞和单分子进行追踪的可能性。
 
Single upconversion nanoparticle imaging at sub-10 W cm−2 irradiance
 
Qian Liu, et al.
 
Nat. Photonics 12, 548 (2018)
 
 
 
 
利用激光等离子体丝发射的
 
太赫兹宽带波进行偏振操纵
 
宽带太赫兹波的偏振控制对于许多领域的应用至关重要,例如材料科学,医学和生物诊断,近场通信和公共安全。用于偏振控制的传统方法局限于窄带宽并且通常效率低。在这里,基于理论和实验研究,本文证明了气体等离子体中的双色激光机制可以有效控制椭圆偏振太赫兹波,包括它们的椭圆度、方位角和手性。这是通过基频处的圆偏振激光器及其线性偏振二次谐波、这两个激光器部件之间的受控相位差以及合适长度的激光等离子体灯丝来实现的。借由本文提供的理论模型和系统实验,作者展示了对椭圆度和方位角的灵活控制。这为宽带太赫兹辐射的偏振控制提供了独特而灵活的技术,具有非常广泛的应用前景。
 
Manipulation of polarizations for broadband terahertz waves emitted from laser plasma filaments
 
Zhelin Zhang, et al.
 
Nat. Photonics 12, 554 (2018)
 
 
 
 
在时间维度上的摄影光学
 
超快传感器和深度摄影机是通过复杂几何学、散射和视线以外进行成像的关键促成因素。然而,尽管成像电子学和成像应用方面的进展越来越快,这种摄影机的光学系统仍然是从传统的低速摄影相机中继承而来的。这就使得超快相机及其应用都受限于传统光学器件的设计限制。在这里,本文采取时间作为光学设计的额外维度,并证明了通过使用时间分辨腔体而在时间上折叠大空间,就可以在不丢失目标信息的情况下实现新的摄像机功能。本文通过在成像光学系统的不同区域对光学路径进行时间折叠,展示了透镜管压缩了一个数量级,以及超快速多变焦成像和超快多光谱成像。考虑到时间折叠传统成像光学系统可能出现的各种各样的设计,作者期望这种技术对时间分辨成像和深度感应光学产生广泛的影响。
 
Photography optics in the time dimension
 
Barmak Heshmat, et al.
 
Nat. Photonics 12, 560 (2018)
 
 
 
 
 
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