深入理解和精确控制化学反应是人类探索自然界的重要目标之一，而这需要对化学反应在分子层面的微观机制有深刻的认知。以最简单的双分子反应为例，其反应速率、路径和产物在很大程度上依赖于分子内部原子核的动力学行为，主要包括平动、振动和转动。因此，研究分子的核运动在如何影响双分子反应的动力学，不仅是深入理解化学反应本质的关键，还为实现反应的精准调控奠定了基础。此前的研究表明，动力学同位素效应(Kinetic Isotope E...

电磁波在介质中的传播通常具有互易性。但是，在磁光材料中，当施加外加磁场时，电磁波的时间反演对称性被打破，从产生非互易性。这种光学非互易性在材料边界上展现出更多丰富的物理现象。例如，在磁场作用下，表面等离激元可以实现单向传播，光子晶体在磁场中也能形成具有拓扑特性的单向边界态。作为玻色子的光子遵循玻色-爱因斯坦分布。在互易系统中，热平衡态下沿相反方向传输的光子布居数相等，因此能流相互抵消。在非互易系统...

激光场诱导的纳米等离子体因其伴随的壮观物理现象而引起了科学界和工业界的极大关注。激光驱动纳米等离子体研究对于惯性约束聚变、超快微纳加工、实验室天体物理、小型离子加速器、X 射线辐射源和基本粒子物理等许多方面都具有重要意义。目前可控的粒子束源都是通过磁场调制和靶结构设计实现对传播带电粒子的有效约束，设施极为复杂昂贵，需要国家级重大项目工程支撑建设。光场与纳米结构相互作用下蕴含着奇特的物理特性，与微观原...

微腔激子极化激元做为一种半光半物质的玻色准粒子，能够在高温甚至室温下实现玻色爱因斯坦凝聚。由于光子之间相互作用较弱，光子开关、逻辑门等器件功能一直面临着调控效果欠缺的缺陷。而激子极化激元体系恰恰弥补了这一不足。该体系既具有光子成分超快响应的特性，又由于激子成分的存在使得粒子间相互作用强，因而呈现出较高非线性，能够实现高效调控。这种独特的物理性质和微腔系统便于集成的特点使得激子极化激元体系成为实现光...

多维相干光谱技术具有揭示原子、分子及凝聚态等物质内部能级结构，表征飞秒时间尺度上量子跃迁路径、纵向横向布居弛豫、多能级能量转移等超快动力学过程的能力，是当前可实现物质静态和动态信息测量的光学手段之一，可应用于量子信息存储、蛋白组学和代谢组学分析、半导体材料光激发能级带隙和缺陷结构动力学研究等领域。多维相干光谱技术起源于核磁共振技术，采用多束相位相关的超快激光取代射频电学激励信号，有序激发样品，实现...

中红外探测技术在环境监测、天文观测、生物医学和安防预警等领域有着广泛应用。相对于可见光波段，中红外光子能量较小，相应的光电探测器通常采用碲镉汞、锑化铟等窄带隙半导体材料。常温下，红外探测器受限于严重的暗电流与热噪声，其噪声等效功率一般在pW/Hz1/2量级，灵敏度远远无法胜任光子稀疏的应用场景。长期以来，研究者致力于发展灵敏度更高、噪声更低的红外探测技术，以满足极弱微光照度下红外测控的迫切需求。近年来，红...

晶体管，这一电子元件已渗透到生活的各个角落，堪称现代科技领域最具影响力的发明之一。随着计算机能力的持续发展，以及对量子信息处理等前沿技术的探索，科研人员正致力于发掘纳米管、分子乃至原子等微小实体的开关与放大潜能。在众多的信号载体中，光子因其卓越的抗退相干的鲁棒性而备受青睐。然而，当在纳米尺度上传统非线性材料失效时，对光子的操纵便遭遇了严峻挑战。目前，单光子源(SPE)对光子信号的操纵仍然难以捉摸，并且...

单光子激光测距技术在远距离成像、空间碎片跟踪以及长程遥感等领域展现出广阔的应用前景。 长期以来，该技术主要局限在可见或近红外波段。中红外波段涵盖了大气多个透射窗口，位于众多分子的指纹光谱区，且比近红外或可见光具有更强的穿透能力。鉴于上述优势，将单光子测距技术拓展至中红外波段已成为该领域的研究前沿。然而，现有中红外探测器在室温下暗噪声较大，且探测带宽受限，无法实现超灵敏与高分辨的距离测量。因此，亟待...

1954年，Dicke预言了N个处于合作态的二能级系统被限制在体积V小于～λ³的区域内时，会出现集体辐射衰变，Dicke将这种现象称为超辐射。实验上，如果采用非相干激发，初始时粒子之间没有关联，它们在真空场扰动或虚光场交换下自发的形成合作态并产生集体辐射，这种现象称为超荧光(SF)。将可以产生SF的合作激子放在光学腔中，当超过激射阈值时会产生腔增强超荧光(CESF)，相应模式的合作激子与相干光场产生的混合态称为LCD态。腔增强超...

近年来，人工智能（AI）技术的爆炸性增长令全球震惊。算力是AI技术最容易被“卡脖子”的瓶颈，新晋全球最高市值公司，芯片制造商英伟达制造的高端AI芯片大多被划入禁运清单，由此可见一斑。随着场效应管的最小尺寸逼近原子尺度，摩尔定律面临失效，同时，快速增长的算力需求也带来了惊人的能耗，OpenAI首席执行官萨姆∙奥特曼、英伟达创始人黄仁勋以及特斯拉创始人伊隆∙马斯克都曾公开表示，能耗将很快成为制约AI发展的关键因素。如...

超快光学成像能够记录纳秒甚至飞秒时间尺度的瞬态过程，在物理学、化学、生物医学、材料科学等诸多领域发挥着不可或缺的作用。同时，相位作为光场的一个重要分量，承载了许多强度成像无法揭示的独特信息，例如能够提供关于物体形态、折射率和厚度等细节，这些信息对于理解和分析物体的内部结构和性质至关重要。然而，传统的超快光学成像技术大多无法同时获取强度和相位信息，这严重限制了对超快动态过程的全面理解。针对这一领域内...

量子远程克隆是量子信息科学领域的一种关键的多用户量子通信协议，它通过量子隐形传态技术实现量子态在多个不同位置的克隆。在连续变量系统中，量子远程克隆的实现需要在发送方和接收方之间分配多组份纠缠。然后，发送方进行光电转换，并通过经典信道将信息同时传输到多个空间分离的接收器。为了成功地重构输入态，每个接收方都需要进行电光转换。然而，由于这些转换的引入，光学模式的带宽在很大程度上受到限制。为了解决这一问题...

高光谱成像是将成像技术与光谱技术相结合的多维信息获取手段，可在百个甚至更多谱段对目标进行非侵入式成像，生成包含空间和光谱信息的图谱数据立方。因此，高光谱图像具有“图谱合一”的重要特征，所含的丰富信息能够对样品的化学成分、含量与分布进行表征。特别地，中红外波段位于分子的指纹光谱区，包含许多官能团的吸收峰，实现该波段的高光谱成像能够对待测目标进行无标记精确识别。因此，中红外高光谱成像技术已被广泛应用于...

中红外光谱能够揭示多种分子的基础吸收带和复杂化合物独特的光谱特征，是研究物质结构的重要工具。中红外频率上转换通过非线性和频过程，将中红外光子与强泵浦耦合并利用硅基单光子探测器实现有效探测，其优势是消除了对中红外探测器的需求，从而实现高性能的中红外光信号直接探测。在超灵敏中红外频率上转换的相关应用中，需要在包括背景环境噪声和干扰电噪声的复杂环境中有效提取微弱信号。传统使用高功率泵浦激光结合高亮度中红...

1954年，Dicke预测当N个非相干激发的二能级系统被限制在体积V小于～λ³的区域内时，会出现集体辐射衰变。因此当二能级发射器通过共同的光场相互作用时，其行为与单个组成部分不同，产生短暂、强烈的光爆发，即超荧光。超荧光作为真空量子涨落的协同辐射效应，是研究激子系统多体相关机制和开发超快光学技术的理想平台。因此，不同材料和温度下的超荧光效应研究受到了广泛关注，特别是对其外部调控的探索。因为超荧光的建立本身条件...