Nature Photonics导读-2018年2月
[京师物理公众号本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，将Nature Photonics的综述、快报和长文章的导读意译为中文。由于水平有限，不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能，欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方，共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后，会显示在文章下方，供后来浏览者参考。]
快报（Letters）
通过基于快速绝热过程开关控制的
半导体量子点上的远场纳米显微技术
衍射极限使得传统的光学显微镜无法在纳米级分辨率成像。然而，利用强度依赖的分子开关，分子的纳米级成像是可能的。这种开关方案促成了受激发射损耗显微镜技术。当然还存在这种技术的其他变种，但它们都是利用了对激光的非相干反应。在这里，作者提出了一种依赖于对激光的相干响应的技术方案。通过快速绝热过程对双能级系统进行量子控制，这是一种理想的分子开关。作者是在一个量子点集合上来实现这个方案，每个量子点在图像中产生一个亮点，范围小到30纳米（λ/31）。相对于共焦显微镜，成像强度没有明显的损失，并且对发射体位置的测定提高了10倍。最后，作者通过实验证明了，快速绝热过程是超分辨率“工具箱”中的一种多功能“工具”。
Far-field nanoscopy on a semiconductor quantum dot via a rapid-adiabatic-passage-based switch
Timo Kaldewey, et al.
Nat. Photonics 12, 68 (2018)
www.nature.com/articles/s41566-017-0079-y
大型磁光克尔效应和磁八极畴
在反铁磁性金属中的成像
作为对电子、磁性和磁光技术的强大探测方法，磁光克尔效应（MOKE）已经在各种铁磁和亚铁磁材料中被深入研究。而在对反铁磁态的研究中，MOKE还可以发挥更大的作用，尽管它仅限于绝缘体。在这里，作者报道了在反铁磁金属中第一次观察到了MOKE。具体而言，就是非共线反铁磁金属Mn3Sn在室温下表现出20 毫度的大的零场克尔旋转角，可与铁磁性金属相媲美。另外，作者还做了第一性原理计算，发现即使在完全补偿的反铁磁状态下，磁八极的铁磁序也会产生大的MOKE。这个大的MOKE进一步允许磁八极畴的成像及其反转。反铁磁金属中对于大的MOKE的观察将为研究畴区动力学以及使用反铁磁体的自旋电子学开辟新的途径。
Large magneto-optical Kerr effect and imaging of magnetic octupole domains in an antiferromagnetic metal
Tomoya Higo, et al.
Nat. Photonics 12, 73 (2018)
www.nature.com/articles/s41566-017-0086-z
纳米天线耦合到介电常数接近零的
材料上展现出大的光学非线性
非线性光学器件的尺寸和工作能量从根本上受到普通材料非线性光学响应弱化的制约。在这里，作者报告说，由光偶极子天线耦合到介电常数近零的材料制成的50nm厚的光学超表面呈现宽带（约400nm带宽）和超快（恢复时间小于1ps）强度依赖折射率n2高达-3.73±0.56cm2GW-1。此外，在约200nm的光谱范围内，该表面表现出最大的光学诱导折射率变化±2.5。在介电常数接近于零的薄膜上引入低Q纳米天线不仅可以设计具有前所未有的大的非线性光学响应的超表面，而且还提供了调整响应信号的灵活性。本文所提出的技术消除了非线性光学中一个长期存在的障碍：在单位阶上缺乏对折射率具有超快非线性贡献的材料。因此，这项技术提供了设计低功耗的非线性纳米光学器件的可能性，且其尺度会更小。
Large optical nonlinearity of nanoantennas coupled to an epsilon-near-zero material
M. Zahirul Alam, et al.
Nat. Photonics 12, 79 (2018)
www.nature.com/articles/s41566-017-0089-9
文章(Articles)
使用无序设计的超表面进行波前整形
近来，无序介质的波前整形已经展现出超越传统光学的光学操纵能力，包括扩大体积，无像差聚焦和亚波长聚焦。然而，由于无序介质的输入输出特性（P变量）需要通过O（P）测量来彻底确定，所以将这些光学操纵能力转化为有用的应用仍然具有挑战性。在本文中，作者提出了一种模式转换，其中的无序是专门设计的，因此其确切的输入-输出特性是先验已知的，并且只需要少数几个校准步骤就可以使用了。作者采用了一种无序设计的超平面来实现这一概念，这个过程中展示了额外的波前整形的独特功能，比如大的与广角散射范畴相结合的光学记忆效应范围，良好的稳定性和可设定的角散射。使用这种设计的波前整形的超表面，作者证明了在〜8mm视场中具有大约2.2×108个可寻址点的高数值孔径（NA>0.5）聚焦和荧光成像。
Wavefront shaping with disorder-engineered metasurfaces
Mooseok Jang, et al.
Nat. Photonics 12, 84 (2018)
www.nature.com/articles/s41566-017-0078-z
纳米光电回声泵浦时间反演对称性破缺
在没有磁光学的情况下，通过刺激打破时间反演对称性来实现非互易光传播，仍然是集成纳米光子器件的主要挑战。近年来，通过有质动力将光和振动模式耦合的光机微系统已经通过各种技术表现出强烈的非互易效应，却也总是使用光泵浦。这些方法都没有表现出超过机械系统的带宽，并且都需要光功率。这些都是基本的和实际的问题。在这里，作者通过使用二维声学泵浦来打破时间反演对称性来解决这两个挑战，所述二维声学泵同时提供用于光声相互作用的非零重叠积分并且还满足必要的相位匹配。作者使用这种技术通过间接的带间散射来产生一个非互易调制器（一个频移隔离器）。作者演示的模式转换不对称性高达15dB，在超过1GHz带宽的范围里效率高达17％。
Time-reversal symmetry breaking with acoustic pumping of nanophotonic circuits
Donggyu B. Sohn, et al.
Nat. Photonics 12, 91 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0075-2
热活化的延迟荧光近红外发射器的
高效电致发光和放大的自发辐射
近红外有机发光二极管和半导体激光器可以使各种应用受益，包括夜视显示器，传感器和信息安全显示器。有机染料可以在可见光波段有效地产生电致发光，但是有机发光二极管在近红外波段仍然表现不佳。在本文中，作者报告了一种基于二氟化硼类姜黄素衍生物的热激活延迟荧光有机发光二极管，它能在近红外波段发光并且最大外部量子效率接近10％。除了由非绝热耦合效应导致的三重态到单重态激发态的有效上转换，该供体-受体-供体化合物也表现出有效放大的自发辐射。通过控制活性介质的极性，电致发光光谱的最大发射波长可以从700纳米调整到780纳米。这项研究代表了近红外有机发光二极管的重要进展，也提供了基于热激活延迟荧光的光子应用的替代分子结构的设计。
High-efficiency electroluminescence and amplified spontaneous emission from a thermally activated delayed fluorescent near-infrared emitter
Dae-Hyeon Kim, et al.
Nat. Photonics 12, 98 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0087-y
基于设计加工的量子点的
串联发光太阳能聚光器
发光太阳能聚光器（LSCs）可以作为大面积太阳能收集器，用于地面和太空光伏发电。由于它们的高发射效率和容易调谐的发射和吸收光谱，胶体量子点已经成为一种新型的有前途的LSC荧光团。量子点的光谱可调性也有助于实现叠层多层LSCs，如在多层光伏电池中那样，多层LSCs通过把入射太阳光的光谱分解到不同层获得了增强的性能。在本文中，作者展示了一个大面积（> 230平方厘米）的基于两种类型的几乎无重吸收的量子点的串联LSC，并将光谱调整为最佳的太阳光谱分解。该原型装置对太阳光照明具有6.4％的高光学量子效率和3.1％的光电转换效率。该串联结构相对于单层器件的效率提高随着LSC尺寸的增加而迅速增加，在窗口尺寸超过2500平方厘米的结构中可以达到100％以上。
Tandem luminescent solar concentrators based on engineered quantum dots
Kaifeng Wu, et al.
Nat. Photonics 12, 105 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0070-7
基于循环干涉测距的
高速光学相干层析成像
现有的三维光学成像方法在受控制的环境中表现优异，但难以在大型、不规则和动态的情况下进行应用。这意味着它们可能不适合在材料检查和药物等领域使用。为了更好地解决这些应用，作者开发了光学相干断层扫描的方法来有效地测量稀疏散射场，稀疏散射场的大多数位置不会产生有意义的信号。频率梳光源被用于通过光学二次采样来叠加来自等间隔位置的反射信号。这导致了循环测距，并减少了测量大容积场所需要的测量次数。这样就避免了在光学相干断层扫描中限制了速度和场的信号采集屏障。采用以7.6 MHz至18.9 MHz的重复频率运行的新型超快时间延展的频率梳激光器设计，作者实现了高达每秒7.5次的成像速率的快速大容量场光学相干断层扫描。
High-speed optical coherence tomography by circular interferometric ranging
Meena Siddiqui, et al.
Nat. Photonics 12, 111 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0088-x
----------------------
其他相关导读：
---------
欢迎通过下方二维码关注“京师物理”公众号