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光子晶体的带隙调控与量子干涉现象研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    O734
  • 关键词:
  • 成果简介:
    光子晶体是一类由周期性人工共振或非共振微结构组成的新型光子调控材料,光子晶体的重要特征是具有光子带隙,它提供了类似半导体作用于电子的光子调控手段。人们可以通过对光子带隙的设计来调节和操控光的发射、传播、存储行为,以及光与物质的相互作用过程。有关光子晶体研究是光物理与多学科交叉的前沿领域,这方面的研究具有科学与应用两个方面的重要意义。 项目从2000年开始,围绕光子带隙诱导的奇异量子干涉现象和光子带隙调控新机理这两个核心问题展开系统研究,取得以下主要成果。 光子带隙诱导的多能级原子量子奇异干涉现象研究。光子带隙源于人工光子结构中的宏观干涉机制,原子量子干涉来源于能级间的微观干涉机制。有关宏观与微观这两种干涉机制间的联系过去研究工作很少涉及。项目率先开展这方面工作,开拓了新的研究方向。重要成果有:导出原子-光子束缚态。项目首次研究了两种干涉机制的相互作用所导致特殊的量子干涉现象,发现在带隙之中自发辐射光子通过不断地辐射-吸收,会在激发原子附近形成一种奇特的光子态即原子-光子束缚态。提出原子辐射弥散场。项目首次提出,由于宏观干涉机制的影响,传播场与束缚场的强烈杂化会在带隙边缘形成另一种特殊的光场即弥散场。弥散场的理论预言得到实验证实。提出间接量子干涉效应新机制。项目从宏观干涉与微观干涉机制相互作用的角度出发,首次提出利用负折射材料平面成像特性来间接增强微观量子干涉。为有效利用宏观干涉来增强微观原子量子干涉提出一种新机制。项目与英国伯明翰大学的学者合作,将微结构间干涉与外部光场干涉效应结合,首次在无增益结构中建立有效的宇称-时间对称光学系统,并观察到相干完美吸收现象。成果为非厄米量子系统的模拟研究提供了一个新的途径。 光子晶体带隙调控新机理研究。项目突破传统光学材料周期结构的带隙形成机制,围绕超构材料(metamaterials)构成的复合周期结构的带隙调控新机理展开系统研究,重要成果有:在正-负折射率材料光子晶体中,通过将两种材料之间的传播位相补偿机制与界面间的负折射现象有机结合,实现了不依赖入射角与偏振的特殊布拉格能隙-零平均折射率能隙。这个成果克服传统带隙形成机理所带来的物理限制,并为研制具有新型功能的光子晶体与器件提供了新机理。传统光子带隙来源于传播场在两种透明材料间的布拉格散射。不透明材料不支持传播场,因此传统理论认为不存在光子带隙。然而,项目首次发现在不透明电单负-磁单负材料构成的光子晶体中存在基于光隧穿机制的能隙。这一发现揭示了一个不同于传统布拉格机制的光子带隙形成新机制。相关调控机理被实验证实。这个成果为超越传统光学材料制备光子晶体提供了新思路。 上述重要成果主要体现在8篇代表性论文中(3篇PRL、3篇PR系列、2篇APL),论文共被他人引用848次,其中SCI他引799次。
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