基于时间透镜系统的芯片级飞秒脉冲发生器

　　集成飞秒脉冲和频率梳源是广泛应用的关键组件，包括光学原子钟、微波光子学、光谱学、光波合成、变频、通信、激光雷达、光学计算和天文学。脉冲产生的主要方法依赖于具有三阶非线性或半导体增益的微谐振腔内的锁模。

　　然而，这些方法在噪声性能、波长和重复率可调性方面受到限制。通过使用电光调制器调制连续波单频激光器，亚皮秒脉冲可以在没有锁模的情况下合成。

　　研究人员使用级联低损耗电光振幅和相位调制器与啁啾布拉格光栅，形成一个时间透镜系统，在集成铌酸锂光子平台上展示了一个芯片级飞秒脉冲源。

　　该装置由连续波分布反馈激光芯片驱动，由单个连续波微波源控制，不需要任何稳定或锁定。他们测量了具有30千兆赫重复频率的飞秒脉冲序列（520飞秒持续时间），具有12.6纳米10分贝光学带宽的平顶光学光谱，单个梳线功率超过0.1毫瓦，脉冲能量为0.54皮焦耳。

　　研究结果代表了一种可调节的、鲁棒的和低成本的集成脉冲光源，其连续波到脉冲的转换效率比以前的集成光源高一个数量级。该脉冲发生器或能应用于超快光学测量或分布式量子计算机网络等领域。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05345-1

　　全球塑料行业新减排途径

　　在所有大宗材料中，塑料的产量增长最为显著，已与4.5%的全球温室气体排放相关。如果没有新政策实施，预计到2050年全球塑料需求将翻一番，到2100年将增加两倍以上，二氧化碳排放量也会随之增加。

　　研究人员分析了全球塑料行业在2100年前的3种备选二氧化碳减排途径，涵盖了从生产到废物管理的整个生命周期。

　　研究结果表明，通过把生物基碳固存在塑料制品中，将生物质使用和垃圾填埋相结合，可以实现长期的负排放；然而，这涉及对初级原料的持续依赖。在没有额外生物经济推动的情况下，循环经济方法可减少30%的资源消耗，并在2050年之前实现10%的减排，同时降低长期负排放的潜力。

　　循环生物经济方法将循环利用与更高的生物质使用结合起来，最终可以将该领域变成净碳汇，同时逐步淘汰垃圾填埋和减少资源消耗。研究改善了物质流动和循环经济在全球能源和排放模型中的表现，并提供了对塑料行业长期动态的洞察数据。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05422-5

　　基板上风车超晶格的手性组装

　　手性超晶格独特的拓扑结构和物理性质使得它们在纳米颗粒自组装中备受追捧，但其在（元）材料方面具有挑战性。研究人员展示了四面体金纳米颗粒可从具有角到角连接的类钙钛矿低密度相，转变为具有角到边连接和更密集包装的风车组件。

　　而角共享组件是非手性的，风车超晶格在固体基底上变得镜像强烈不对称，如手性测量所示。液相透射电子显微镜和计算模型表明，纳米粒子之间的范德华斯和静电相互作用控制着热力学平衡。

　　四面体之间可变的角到边连接使手性得以微调。通过光子诱导近场电子显微镜和时域有限差分模拟，双分子层超晶格的结构域显示出很强的手征活性。基板支撑的手性超晶格的简单性和多功能性促进了具有不同寻常的光学、机械和电子特性的超结构涂层的制造。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05384-8

　　自旋轨道微激光在四维希尔伯特空间的发射

　　迈向下一代高容量、抗噪声通信和计算技术的一步，是信息空间维度的大幅增加，以及具有奇异群对称性的N维（N > 2）希尔伯特空间上叠加态的合成。尽管光子器件和系统发展迅速，但由于缺乏足够的可重构性来满足二（N-1）自由度的严格要求，信息技术大多局限于两级系统，这在本质上与合成维数的增加有关。

　　即使对最近出现的矢量激光器和微腔进行了广泛的研究，以扩展维度，但根据需要积极调整光的多样化、高维叠加态仍然是一个挑战。研究人员展示了一种用于芯片级柔性生成和任意四能级态操纵的高维自旋轨道微激光器。

　　通过非厄米合成规范场耦合的两个微腔，被设计成发射具有六自由度的自旋轨道耦合光态。在自由空间中发射的激光束的矢量状态可以映射到定义SU（4）对称性的布洛赫超球上，演示高维叠加态的动态生成和高保真重构。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05339-z