可調帶隙光子晶體中的雙負折射現象研究

《可調帶隙光子晶體中的雙負折射現象研究》是依託中國科學院大學，由董國艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：可調帶隙光子晶體中的雙負折射現象研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：董國艷
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

光子晶體的周期性結構不僅能賦予材料獨特的負折射性質,且其光譜性能在較大範圍內可通過結構的周期尺寸進行調控,因此相關研究成為國際自然科學領域的研究熱點之一。本項目提出通過對光子晶體材料空間結構和介電性質的調製有效設計和裁剪光子帶隙與等頻線（面）分布，調控材料的反常光學特性，在光子晶體中實現一種奇特的光學現象- - 雙負折射(Dual Negative Refraction)現象；研究人工帶隙調製對不同偏振態和本徵態能帶的影響，明確調製過程中雙負折射現象產生的基本條件和調製方法；探索光子晶體中的雙負折射現象產生的物理機制和一般規律；利用雙負折射效應，開展平板光子晶體超透鏡的成像特徵和超稜鏡的光學特性的研究；利用全息干涉技術和鐵電體誘導鐵電相變調節光子帶隙，在平板光子晶體中實現點源雙聚焦現象。為改進和提高人造光子晶體材料的反常色散性質、拓展負折射材料的套用空間提供理論依據和技術路線。

結題摘要

本項目通過對光子晶體材料空間結構和介電性質的調製有效設計和裁剪了光子帶隙與等頻線（面）分布，在光子晶體中實現了多種奇特的光學現象，如雙負折射、多折射、等相位傳輸等現象；研究了人工帶隙調製對不同偏振態和本徵能帶的影響，明確了調製過程中各種反常光學現象產生的基本條件和調製方法；對光子晶體中的反常光學現象產生的物理機制和一般規律進行了歸納總結；利用雙負折射效應，開展平板光子晶體超透鏡的成像特徵和超稜鏡的光學特性的研究，實現了點源雙聚焦現象，並利用自製微波二維場分布自動掃描測量系統、微波網路分析儀和外場（溫度,電場等）調控系統對各種反常折射現象和零相移傳輸特性進行了實驗驗證和測量，為改進和提高人造光子晶體材料的反常色散性質、拓展帶隙可調光子晶體材料的套用空間提供理論依據和技術路線。此外，在本項目的研究過程中，我們還探索了多種漸變光子晶體結構和特性，並利用漸變光子晶體設計了多種光學器件；在光學實驗中提出了雙光束兩次曝光法製備正方光子晶體，並利用製備的光子晶體提高了LED的發光效率，對於光學集成及能源利用具有重要的參考價值；提出了利用非正定介質的強各向異性改善基於雙折射晶體的傳統光學器件的性能的思路，設計了一種基於非正定介質的具有大分束角的高性能平行偏振光分束器。本項目已取得一系列基礎性研究成果包括，在國際期刊發表論文31篇，其中SCI論文22篇，EI論文9篇，國核心心期刊論文1篇；申報國家發明專利4項，已授權1項；共培養碩士生2人，博士生4人，博士後1人，已超額圓滿完成本項目預定的研究任務和研究目標。帶隙可調光子晶體的超常光學性質在諸多研究領域具有強大的發展潛力和套用前景，通過該項目的開展，我們已在相關領域積累了豐富的基礎性研究經驗，為基於帶隙可調光子晶體的零相移超材料及其電磁傳導特性的研究奠定了堅實的基礎，為光子晶體基零相移超材料的套用和發展開闢了寬闊的道路。