光子人工微結構中的類量子現象研究

《光子人工微結構中的類量子現象研究》是依託同濟大學，由陳鴻擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：光子人工微結構中的類量子現象研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：陳鴻
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

申請項目將圍繞光子人工微結構材料（Engineered Photonic Structures,以下簡稱EPS）中的類量子現象展開系統的理論和實驗研究。研究目標為通過人為調節EPS中光的相干現象來模擬、研究凝聚態系統和原子系統的新奇量子現象，加深對相關量子現象物理機制的認識，並在此基礎上為利用類量子效應來調控光的行為提供新的物理途徑。主要研究內容包括：EPS中特別是美特材料（Metamaterials）和表面等離激元（Plasmonis）及相關複合結構中類量子現象的物理機制以及控制這些物理機制的關鍵參量，如類凝聚態系統新奇量子現象與EPS的光子激發能譜之間的聯繫、類原子系統量子光學現象與EPS中共振誘導的相干效應之間的聯繫等。項目研究內容涉及到凝聚態物理、光物理、量子物理、材料物理等學科，具有顯著的多學科交叉特性。項目的研究成果不僅有重要的科學意義，而且對相關器件的套用有廣泛的指導意義。

結題摘要

項目的研究目標為通過人為調節光子人工微結構中光的相干現象來模擬、研究凝聚態系統和原子系統的新奇量子現象，加深對相關量子現象物理機制的認識，並在此基礎上為利用類量子效應來調控光的行為提供新的物理途徑。項目根據任務書安排，圍繞基於光子人工微結構模擬凝聚態系統和原子多能級系統的新奇量子現象，展開了理論、實驗及套用方面研究，取得多項有特色的研究成果。 項目在凝聚態系統新奇量子現象模擬方面的主要研究成果包括：通過研究麥克斯韋方程和一維狄拉克方程之間的對應關係，在國際上首次建立了凝聚態體系拓撲激發態與美特材料電磁性質之間的聯繫；研究了光子石墨烯狄拉克點特殊的能帶結構帶來的新現象，如光子能谷依賴分光和幾何相位誘導的的弱反局域現象等；研究了光子等頻率面拓撲結構調控及其對光傳播行為影響，如含雙曲超構材料一維光子晶體的無色散帶隙結構。 項目在原子多能級系統的新奇量子現象模擬方面的主要研究成果包括：首次在完全被動（沒有物理增益）的系統中實現理想的PT對稱條件，並系統地實驗研究了PT對稱破缺的相圖以及相關的相干完美吸收現象；研究了由負折射和零折射材料組成的複合諧振腔中原子的輻射行為，提出了一種產生高方向單光子源的器件方案；利用多個人造原子與單個腔膜耦合來模擬多能級原子的干涉行為，發現自然系統難以觀測到的單方向電磁感應透明現象。 在套用方面的主要研究成果包括：基於光子帶隙調控以及人工微結構干涉調控，提出了相控陣天線新的工作原理；基於深亞波長人工微結構共振耦合調控，提出了近場無線傳能新的工作原理；基於光子能帶結構對自發輻射的調控，設計研製了具有特殊功能的新型光子晶體閃爍材料。 在項目的資助下，課題組成員發表論文56篇，申請專利9項，培養研究生34人。