近日，电子科技大学信息与量子实验室透露，该实验室研究团队近日与北京清华大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所合作，在国际上首次研制出氮化镓量子光源芯片，这也是电子科技大学「银杏一号」城域量子互联网研究平台，取得的又一项重要进展，相关成果发表在《物理评论快报》上。 据了解，量子光源芯片是量子互联网的核心器件，可以看作点亮“量子房间”的“量子灯泡”，让互联网用户拥有进行量子信息交互的能力。 研究团队通过迭代电子束曝光和干法刻蚀工艺，攻克了高质量氮化镓晶体薄膜生长、波导侧壁与表面散射损耗等技术难题，在国际上首次将氮化镓材料运用于量子光源芯片。 目前，量子光源芯片多使用氮化硅等材料进行研制，与之相比，氮化镓量子光源芯片在输出波长范围等关键指标上取得突破，输出波长范围从25.6纳米增加到100纳米，并可朝着单片集成发展。 “这意味着，‘量子灯泡’可以点亮更多房间。”电子科技大学基础与前沿研究院教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强解释，通过为量子互联网的建设提供更多波长资源，可以满足更多用户采用不同波长接入量子互联网络的需求。 就在一个多月前，该团队将光纤通信波段固态量子存储的容量提升至1650个模式数，突破了该领域的世界纪录。接连的研究进展，将进一步为大容量、长距离、高保真量子互联网的建设提供关键器件基础。 查看详细>>

使用显微镜观察生物样本时，如果物镜透镜所处的介质与样本不同，光束就会受到干扰。例如，当用被空气包围的透镜观察水样时，光线在透镜周围的空气中比在水中弯曲得更厉害。 这种干扰会导致测量的样品深度小于实际深度。因此，样品看起来变平了。 "这个问题由来已久，从上世纪80年代开始，人们就提出了一些理论来确定一个用于确定深度的校正系数。然而，所有这些理论都假定这一系数是恒定的，与样本深度无关。代尔夫特理工大学的雅各布-霍根布姆（Jacob Hoogenboom）副教授解释说："尽管后来的诺贝尔奖获得者斯特凡-海尔（Stefan Hell）在上世纪90年代指出，这一比例可能与深度有关，但还是出现了这种情况。 代尔夫特理工大学的前博士后谢尔盖-洛格诺夫（Sergey Loginov）现在已经通过计算和数学模型证明，样品在靠近透镜的地方确实比远离透镜的地方呈现出更强烈的扁平化。博士生Daan Boltje和博士后Ernest van der Wee随后在实验室证实，矫正因子与深度有关。 这项研究成果发表在《光学》（Optica）杂志上。 最后一位作者Ernest Van der Wee说："我们已将结果汇编成一个网络工具和软件，随文章一起提供。有了这些工具，任何人都可以为自己的实验确定精确的校正因子"。 研究员Daan Boltje说：“部分归功于我们的计算工具，我们现在可以非常精确地从生物系统中切出蛋白质及其周围环境，用电子显微镜确定其结构。这种显微镜检查非常复杂、耗时，而且费用高得惊人。因此，确保观察到正确的结构非常重要。” 研究人员Daan Boltje说：“有了我们更精确的深度测定，我们只需在错过生物目标的样本上花费更少的时间和金钱。最终，我们可以研究更多相关的蛋白质和生物结构。而确定生物系统中蛋白质的精确结构，对于了解并最终防治异常和疾病至关重要。" 在提供的网络工具中，您可以填写实验的相关细节，如折射率、物镜的孔径角和所用光线的波长。然后，该工具会显示与深度相关的缩放因子曲线。您还可以导出这些数据供自己使用。此外，您还可以将结果与现有理论的结果结合起来绘制。 查看详细>>

近期，激光和光纤技术领域迎来重大突破。 据介绍，研究人员成功展示了利用中空芯光纤（HCFs）实现高功率绿色激光脉冲的远距离传输。 这一技术的问世，标志着光纤传输技术迈入了新的革命性阶段。 研究背景与最新线索 长期以来，固体芯硅玻璃光纤在高效、灵活的光传输领域占据主导地位，尤其是在电信和工业激光器中。 然而，对于需要高功率激光传输的工业应用而言，传统光纤面临着诸多挑战。 由于克尔效应、受激拉曼散射等非线性过程以及硅玻璃的损伤阈值限制，传统光纤在传输高功率激光时往往力不从心，这极大地限制了可交付的功率密度。 空心芯光纤（HCFs）的出现，为解决这一问题提供了新的思路。在HCFs中，超过99.99%的导光被集中在中央空气（或真空）填充的芯中，从而绕开了固体硅芯或传统光纤的诸多限制。 早在2022年，英国南安普顿团队就成功展示了一种新型HCF设计的优势，通过1公里的长度传输了1kW的连续波近红外光，充分展现了这种技术的巨大潜力。 在最新研究中，该团队进一步扩展了HCF的应用范围，成功通过300米的HCF传输了千瓦峰值功率的520纳米激光脉冲。 这一突破不仅将HCF的能力扩展到绿色波长，更是对许多工业应用具有重大意义。 然而，由于结构特征微小，开发可见光波长的氢氟碳化合物面临着制造上的挑战。为了克服这些挑战，研究团队对实际充气的长距中空芯光纤进行了全面的非线性研究。 他们发现，与红外区相比，HCFs在可见光区的非线性效应更为显著，这既归因于纤芯尺寸的减小，也与工作波长的缩短有关。 用于绿色激光功率传输的空心光纤 在这项工作中，使用的HCF采用了反共振引导光的原理。通过一系列薄玻璃膜围绕光纤核心，将引导光限制在其中。这种设计通过一个由七个包层毛细血管组成的单环实现，七个包层在损耗、弯曲损耗和形态之间达到了良好的平衡。 该光纤的制造采用了贺利氏F300熔融石英玻璃的堆叠-拉伸法，芯径约为20.7微米，模场直径为14.5微米，能够引导515纳米至618纳米的光，损耗低于30 dB/km。 尽管报道的光纤长度为300米，但南安普顿研究小组已经能够利用该工艺生产出数公里长的光纤。 此外，该光纤对弯曲损耗也相对不敏感，在520纳米工作波长下，对于直径大于13厘米的弯曲，其损耗低于0.1 dB/m。 这一突破性的进展为高精度、高效的材料加工提供了关键技术支持，尤其是在绿色激光的应用中。 未来，这种技术有望在电动汽车制造等行业发挥重要作用，特别是在电池生产等关键环节中发挥巨大的潜力。 功率传输结果：峰值功率18kW 经过精确的实验验证，他们成功将一种内部制造的15.5W/520 nm倍频掺镱光纤激光器应用于功率传输实验，该激光器以1.6 MHz的重复率产生约520 ps的脉冲，其峰值功率高达18kW。 为了与光纤相匹配，他们将激光聚焦到15μm的模场直径上，从而实现了高达86%的耦合效率。在实验中，我们分别测试了2,100 m和300 m长度的HCF，其平均输出功率分别为13.2 W、6.7W和3W，而对应的峰值功率则分别为15.9 kW、8 kW和3.6 kW。 目前，随着低损耗和可见光导向中空芯光纤的涌现，研究人员有理由相信其将显著提升输送效率，并有望实现千米级别的电力输送。 值得注意的是，尽管纤维芯内的能量密度高达5.5 J/cm2，但在实验过程中我们并未观察到任何纤维损伤的迹象。此外，在所有测试长度中（M2<1.1），光束质量均保持在较高水平，这对于精密微加工以及长距离应用而言至关重要。 克服实心二氧化硅光纤的非线性限制 在克服实心二氧化硅光纤的非线性限制方面，该团队取得了显著进展。由于芯尺寸减小（这是实现单模操作所必需的），实心硅光纤在可见光下的非线性限制成为一个尤为突出的挑战，这通常会导致光谱显著增宽。 为了验证其HCF在非线性方面的优势，研究人员将其与一段15米长、10微米芯的光子晶体光纤（PCF）进行了对比。 在相同的测量设置下，他们发现HCF的损耗与PCF相当，但300米长的HCF所展现出的光谱展宽明显小于PCF，这清晰地表明了中空芯光纤在非线性方面的卓越性能。 查看详细>>

一个科学家团队开发出了一种利用光的结构来扭曲和调整量子材料特性的方法。他们的研究成果发表在今天的《自然》（Nature）杂志上，为下一代量子电子学、量子计算和信息技术的发展铺平了道路。 由美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学研究人员领导的研究小组将这种方法应用于一种名为六方氮化硼（hBN）的材料，这种材料由单层原子以蜂窝状排列而成，其特性使其非常适合量子操纵。在实验中，科学家们利用一种电场看起来像三叶草的特殊光线，以超快的时间尺度在量子水平上改变和控制材料的行为。 光波控制谷值选择性带隙修正 光波的扭曲方式还能让研究人员精确控制材料的量子特性--决定电子行为的规则，而电子对电力和数据流至关重要。这种按需控制量子特性的能力可以为未来技术创造超快量子开关铺平道路。 领导这项研究的SLAC和斯坦福大学科学家Shubhadeep Biswas说：“我们的工作就像是找到了一种与量子世界窃窃私语的新方法，让它向我们揭示自己的秘密。” 传统技术通常要求光具有恰到好处的能量才能与材料发生作用，而这种新方法巧妙地绕过了这一限制。通过使用一种特殊的光并调整其模式以匹配材料的模式，科学家们可以将材料哄骗成新的构型，而不受材料自然属性的限制。 这种灵活性可以使这种方法适用于广泛的应用，从而更容易开发出新技术。从本质上讲，研究小组创造了电子以新的可控方式运动的条件。例如，这可能会导致量子计算机超快开关的开发，从而大大超越我们现在使用的计算机。 除了眼前的成果，这项研究还为未来在"valleytronics"领域的应用带来了希望。"valleytronics"是一个利用驻留在材料不同能量谷的电子的量子特性进行信息处理的领域。传统方法需要与这些能谷相匹配的光，而新方法与之不同，适应性更强，为开发量子设备提供了新的方向。 研究人员操纵氢化硼中量子能谷的能力可能会带来新的设备，如超高速量子开关，它们不仅能在0和1的二进制上运行，还能在更复杂的量子信息环境中运行。这将使处理和存储信息的速度更快、效率更高。 合作者、LCLS研发部主任Matthias F.Kling说："这不仅仅是开关的问题。这是在创造一种可以同时存在于多种状态的开关，极大地增强了我们设备的能力和潜力。它开辟了一种在量子水平上设计材料特性的全新方法。潜在的应用领域非常广泛，从量子计算到新形式的量子信息处理。” 这项研究还揭示了科学家与量子世界互动和控制量子世界的基本方式。对于参与其中的科学家来说，进入量子领域的旅程不仅仅是为了获得发现的快感，更是为了突破可能的极限。 Biswas说："最令人兴奋的一点是我们的发现所具有的巨大潜力。我们正处于技术新时代的风口浪尖，我们才刚刚开始探索利用量子材料的力量所能实现的一切。” 研究小组成员还包括来自加兴马克斯-普朗克量子光学研究所、德国慕尼黑路德维希-马克西米利大学和西班牙马德里材料科学研究所的研究人员。 查看详细>>