《基於微納光子超結構的若干量子力學—光子學類比研究》是依託哈爾濱工業大學，由肖君軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於微納光子超結構的若干量子力學—光子學類比研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖君軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
與電子不同，光子不具有依賴於電荷及自旋的外場回響特性，這限制了光路元件的開發。對微納光子結構進行合理的設計和審慎的空間排列，可實現在可見光波段的各種光路元件。本項目利用量子力學-光子學類比原理，提出具有空間特徵漸變及跨尺度關聯特點的微納光子結構的一些基本模型。通過分析其中的正則、準正則耦合模來揭示其對光場的調控特點；同時，發展快速多級展開邊界元法，結合有限元法和時域有限差分法對此類人工光子超結構進行全波電磁計算，深入研究其內光波包振盪、隧穿、及相干干涉等動力學效應，理解由尺度變化及空間非周期關聯排列所誘導的外場回響和色散管理機制。在此基礎上，重點闡明若干固體量子物理與經典光子學類比現象的異同，包括Bloch振盪、Zener隧穿、Zeno動力學等；歸納光子體系里用空間演化替代量子體系里時間演化的一般規律。本項目不僅具有一定理論價值，還為開發具有非一般功能的光子器件提供理論指導和實驗依據。
結題摘要
本研究採用多極子展開分析、耦合模理論，計算機模擬等手段對人工光子超結構（納米天線、波導、超表面及其耦合系統）中的若干“量子力學—光子學”類比行為進行了系統研究。成功發展出了對各類光學共振模及它們之間的耦合相關作用進行快速準確計算的方法，包括利用多極子展開的分解分析，並與多種全波數值計算方法的對比。將這些方法在規則及不規則形狀共振光子體系中進行對比，得到非常好的收斂結果，為研究人工超結構中的光學類量子現象提供了系統工具。基於這些方法，研究了非周期性和周期性微結構在零維、一維、以及三維激發源下的光學回響如光學截面、電子能丟失譜、輻射衰減特徵、透/反射性質、局域場增強、電荷分布等；無激發源時的本徵模分析如模場分布、Q值評估、能帶結構等。詳細分析了能夠產生Fano共振和EIT的表面等離激元共振（surface plasmon resonances，SPRs）光子結構的近場、遠場特性，Bloc振盪、Zener隧穿、Zeno動力學以及有關的光致力學效應；帶有側壁耦合共振腔的波導結構中的Fano共振和EIT對波導傳輸特性的影響等。 首次發現：(1) 二聚體偶極納米天線的幾何參數和狹縫處負載材料的介電常數可以用來調節模式間相干作用，表現為天線散射譜上出現EIT或者Fano特徵的散射抑制甚至透明現象; (2) 側向耦合波導共振系統中，當極化激元共振態接近布拉格共振態的時候，布拉格空隙中出現了較平坦的傳輸帶，而在相應的透射譜中表現為低谷中升起一個急劇增加的EIT透射帶; (3) 基於自旋—軌道耦合機制，一種納米線-納米球耦合的表面等離激元納米天線中橫向遠場輻射方向可以通過入射的圓偏振光的手性控制。
