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AFRL 的高功率全光纤激光器
• 需要光束组合以进一步提高功率 • HP 工业光纤激光器：带宽（~5-10nm）-> 不可光束组合；或多模光纤（强度降低）-> 光束质量 (BQ)/亮度较差 • 可光束组合光纤：需要窄线宽和单模 BQ
集成的超快全光极化晶体管
由于Dennard缩放1的崩溃，电子电路的时钟速度已经停滞了近二十年，这是近二十年的，这表明，通过缩小晶体管的大小，它们可以更快地操作，同时保持相同的功耗。光学计算可以克服这一障碍2，但是缺乏具有相当强大的非线性相互作用的材料，才能意识到全光开关已经排除了可扩展体系结构的制造。最近，强烈的光结合互动状态中的微腔启用了全光晶体管3，当与嵌入式有机材料一起使用时，即使在室温下也可以在室温下以次秒切换时间4的时间运行，直至单光子级5。然而，垂直腔几何形状可阻止使用片上耦合晶体管的复合电路。在这里，通过利用硅光子技术，我们在微米大小的，完全集成的高指数对比度的微腔中的环境条件下在环境条件下显示了激子 - 孔子凝结。通过耦合两个谐振器并利用种子偏振子凝结，我们证明了超快的全光晶体管作用和串联性。我们的实验发现为可扩展的，紧凑的全光积分逻辑电路开辟了道路，这些逻辑电路可以比电器快速处理两个数量级的光学信号。
量子阱微柱腔中的少光子全光相位旋转
光子平台是量子技术的绝佳环境，因为弱的光子与环境耦合可以确保较长的相干时间。量子光子学的第二个关键因素是光子之间的相互作用，这可以通过交叉相位调制 (XPM) 形式的光学非线性提供。这种方法支撑了量子光学 1 – 7 和信息处理 8 中的许多拟议应用，但要发挥其潜力，需要强的单光子级非线性相移以及可扩展的非线性元件。在这项工作中，我们表明所需的非线性可以由嵌入量子阱的微柱中的激子极化子提供。它们将激子的强相互作用 9、10 与微米级发射器的可扩展性结合起来。11。使用衰减到单光子平均强度以下的激光束，我们观察到每个极化子的 XPM 高达 3±1 mrad。以我们的工作为第一步，我们为极化子晶格中的量子信息处理铺平了道路。XPM 的量子应用包括远距传物 1 、光子数检测 2 、计量学 4 、密码学 5 和量子信息处理 (QIP)，其中它被提议作为电路 6 和测量 7 的途径
使用轨道角动量光束复用/多播实现安全光互连
摘要：轨道角动量 (OAM) 用方位角相位项 exp ð jl θ Þ 描述，具有具有不同拓扑电荷 l 的不受约束的正交态。因此，随着全球通信容量的爆炸式增长，特别是对于短距离光互连，光承载 OAM 由于其正交性、安全性以及与其他技术的兼容性，已证明其在空分复用系统中提高传输容量和频谱效率的巨大潜力。同时，100 米自由空间光互连成为“最后一英里”问题的替代解决方案，并提供楼宇间通信。我们通过实验演示了使用 OAM 复用和 16 进制正交幅度调制 (16-QAM) 信号的 260 米安全光互连。我们研究了光束漂移、功率波动、信道串扰、误码率性能和链路安全性。此外，我们还研究了 260 米范围内 1 对 9 多播的链路性能。考虑到功率分布可能受到大气湍流的影响，我们引入了离线反馈过程，使其灵活控制。
使用全光条纹成像
稀土掺杂纳米颗粒（RENP）的短波红外（SWIR）光致发光寿命已在基本和应用研究中发现了各种应用。尽管在具有吸引人的光学特性的新型设计和合成的RENP中令人眼花croment乱，但现有的SWIR光致发光寿命成像的光学系统仍然受到了有效的光子检测，有限的成像速度和低灵敏度的限制。为了克服这些挑战，开发了使用全光条纹摄像头（PLIMASC）的SWIR光致发光寿命成像显微镜。Swir-Plimasc协同扫描光学元件和高敏性INGAAS CMOS摄像机的频谱范围内的1D成像速度高达138.9 kHz，在900-1700 nm的光谱范围内，单次拍摄的光发光寿命。可以通过样品的1D扫描来获取2D光致发光寿命图。为了展示Swir-Plimasc的功能，合成了一系列具有独特的Swir光致发光寿命的核心壳训练。特别是，使用ER 3 +掺杂的Renps，Swir-Plimasc可以使多路复用抗相互作用。利用HO 3 +载量的Renp作为温度指标，该系统应用于SWIR光致发光基于寿命的温度计。为有效的Swir光致发光寿命映射开辟了新的途径，这项工作设想有助于高级材料表征，信息科学和生物医学。
利用全光纤平台动态产生光子空间量子态
摘要：光子空间量子态是量子通信应用领域备受关注的主题。一个重要的挑战是如何仅使用光纤元件动态生成这些状态。在这里，我们提出并通过实验演示了一种全光纤系统，该系统可以基于线性偏振模式在任何一般横向空间量子比特状态之间动态切换。我们的平台基于一个快速光开关，该开关基于萨格纳克干涉仪与光子灯笼和少模光纤相结合。我们展示了空间模式之间的切换时间约为 5 纳秒，并通过演示基于我们平台的独立于测量设备的 (MDI) 量子随机数生成器来证明我们的方案对量子技术的适用性。我们连续运行该生成器超过 15 小时，获取了超过 13.46 Gbits 的随机数，其中我们确保至少 60.52% 是私有的，遵循 MDI 协议。我们的结果表明，使用光子灯笼仅使用光纤组件即可动态地创建空间模式，由于其稳健性和集成能力，这对光子经典和量子信息处理具有重要影响。
在量子 - 孔微柱腔中的几个光子全光相旋转
光子平台是量子技术的绝佳环境，因为弱光子环境耦合可确保长时间的连贯时间。Quantu-Photonics的第二个关键成分是光子之间的相互作用，可以通过光学非线性以跨相调节（XPM）形式提供。这种方法为量子光学1 - 12中的许多提议的应用和信息处理13，14提供了基础，但是实现其潜力需要强大的单光子级非线性相移以及可扩展的非线性元件。在这项工作中，我们表明，具有嵌入式量子孔的微柱中的激子 - 孔子可以提供所需的非线性。这些结合了激子15、16的强相互作用与微米大小的发射器的可伸缩性。17 - 19。，我们使用衰减至单个光子平均强度的激光梁观察到每个粒子的XPM高达3±1 mrad。我们的工作是第一个垫脚石，我们放下了一条途径，以在极化晶格中进行量子信息处理。XPM的量子应用包括传送1，光子数检测2，计量学6、7，密码8和量子信息处理（QIP）（QIP），在其中提议将其作为通往电路9的途径-10
CRISPRi 基因调控和分化后人类 iPSC 心肌细胞的全光学电生理学
通过在人类诱导性多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 中进行精确的基因调节并使用可扩展的全光学电生理学平台进行后续表型分析，可以揭示基因-表型关系。近期 CRISPR 衍生的可逆基因抑制或激活技术 (CRISPRi/a) 可以为人类功能基因组学方面的此类努力提供帮助。我们着手表征 CRISPRi 在后分化 iPSC-CM 中的性能，以关键的心脏离子通道基因 KCNH2、KCNJ2 和 GJA1 为目标，并使用全光学工具提供对心脏复极、静息膜电位稳定性和传导特性影响的多参数量化。更有效的 CRISPRi 效应物（例如 Zim3）和优化的病毒递送可使性能得到改善，与使用 CRISPRi iPSC 系相当。当 CRISPRi 部署在非分裂分化心脏细胞中时，确认轻微但具体的表型变化是朝着更全面的临床前心脏毒性测试和未来体内治疗应用迈出的重要一步。关键词：CRISPRi、iPSC-CM、心脏电生理学、离子通道、KCNH2、KCNJ2、GJA1、全光电生理学、光遗传学、光学映射
确定性全光量子状态共享
摘要。量子状态共享是量子信息的重要协议，可以在丢失部分信息时实现安全的状态分布和重建。在（k，n）阈值量子状态共享中，秘密状态被编码为n股，然后分配给n个参与者。秘密状态可以由任何K玩家（K> n∕2）重建，而其余的玩家一无所获。在连续变量制度中，量子状态共享的实施需要馈电技术，该技术涉及光学和电磁转换。这些转换限制了量子状态共享的带宽。在这里，为了避免光学电子和电形转换，我们在实验上证明了（2，3）阈值确定性的全光量子态共享。基于四波混合过程的低噪声相位不敏感的放大器用于替代前馈技术。我们在实验上证明，三个玩家中的任何两个都可以合作实施秘密状态的重建，而其他玩家无法获得任何信息。我们的结果为实施任意（k，n）阈值确定性的全光量子状态共享和铺平了构建全光宽带量子网络的方式提供了一个全光的平台。
MoS2 纳米器件中环境条件电开关的全光学原位研究
我们最近开发出了第一种非侵入性技术，它可以通过等离子体增强暗场 (DF) 纳米光谱在纳米尺度和环境条件下原位追踪材料形貌。[28–30] 在这里，我们利用纳米拉曼和纳米光致发光提供的附加功能对其进行扩展，以研究 MoS 2 中的切换机制。该方法的原理如图 1a 所示。将一个 80 nm 的金纳米粒子 (AuNP) 放置在金基底附近，用白光 (λ ≈ 400–900 nm) 照射，以在 AuNP 内产生等离子体共振 (单模)，并在 AuNP 和基底之间的间隔物中产生等离子体共振 (间隙模式)。[31,32] 使用 DF 散射显微镜配置检测共振，间隙模式的波长和强度取决于间隔物的折射率、厚度和几何形状。 [31,32] 使用 AuNP 作为电开关的纳米尺寸（≈ 700 nm 2 ）顶部触点 [29,33] 会导致纳米级开关通道内局部出现强场增强。这大大增强了拉曼和光致发光 (PL) 信号，[34] 方便地突出了原本无法检测到的纳米级开关动力学。文献中提出了许多针对 MoS 2 的开关机制，如表 1 所示。这些机制包括硫空位（VS）的迁移[3,9,10]、氧化 MoS 2 中氧的运动[6,12]、电荷捕获和脱捕获[2]、从半导体（2H）到金属（1T'）的相变[4,7]、以及金属离子从电极中嵌入[5,13,17,18,20]。我们注意到，所有上述机制都会引起光信号（拉曼，PL）的变化，这些变化可以通过我们的实验能力检测到。特别是，通过透射电子显微镜（TEM）研究的所有 MoS 2 纳米片中都观察到的 VS 密度[36–38]与 ≈ 750 nm 处的 PL 峰[39,40]、MoS 2 的 A/B 激子的强度比[39,41]相关