《基於時間分辨定量成像的太赫茲聲子極化激元的研究》是依託南開大學，由吳強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於時間分辨定量成像的太赫茲聲子極化激元的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳強
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
聲子極化激元是光子與晶體的橫光學（TO）聲子相耦合的準粒子，是元激發家族的重要一員。近年來，在鐵電晶體中，用飛秒雷射通過脈衝受激拉曼散射，可以形成一種太赫茲聲子極化激元。針對這種極化激元，我們發展了一套時間分辨定量成像技術，時間解析度是其脈寬的十分之一，空間解析度是其波長的幾十分之一，而且可以對其強度、位相等變化進行實時的定量探測。在本課題中，基於實驗技術方面的獨特優勢，針對聲子極化激元以及微納光子學研究中的一些關鍵性的瞬態問題，我們主要研究太赫茲聲子極化激元向亞波長波導耦合的過程、亞波長波導對太赫茲聲子極化激元傳播的調控過程等瞬態效應及其物理機理；研究太赫茲聲子極化激元與負折射超穎材料的相互作用過程及其物理機理；在此基礎上探討太赫茲聲子極化激元的調控方法。本課題的研究結果會為元激發的研究注入新的內容，為微納光子學的瞬態問題研究提供一定的支撐，具有重要的科學意義和實際套用價值。
結題摘要
太赫茲聲子極化激元作為元激發家族中的重要一員，對光和物質相互作用、太赫茲技術、微納光子學等方面的研究都有著重要的科學意思和實際套用價值。在本項目的研究中，我們主要利用逾時空分辨的成像技術，對亞波長結構中的太赫茲聲子極化激元的耦合、傳輸、局域過程，超穎材料與太赫茲聲子極化激元的相互作用與調控，太赫茲聲子極化激元的非線性效應等方面進行了研究。1、觀測到了法珀腔中太赫茲波的演化過程，展示了駐波模式以及光場局域的過程，分析了信號的頻域信息以及不同模式的空間分布，為在時域內研究微腔物理提供了有力手段。2、觀測到了亞波長矩形波導中太赫茲波的傳輸情況，用有效折射率分析的方法給出了合理的解釋。並發現了其特有的反常色散。對集成光子學和信息光學的研究有重要的參考價值。3、觀測到了太赫茲波從亞波長平面波導進入到亞波長矩形波導中的模式轉化過程，發現一種“反常的波前扭轉”現象。構建二態哈密頓體系，對實驗現象進行了解釋。這個過程應該是光子學集成晶片中非常重要的一個問題。4、通過數值模擬分析，發現不同折射的建立都需要一定的時間。負折射和零折射建立需要較長時間的現象，證明它們並沒有違反因果律和超越光速。這些結果對電磁波與材料的相互作用的認識有一定的借鑑意義。5、考慮超材料原胞之間的相互作用，設計和製作了周期陣列的超材料結構，提出了贗等離子激元晶體的概念。這個結構可以作為一個0.6—1.0 THz帶阻濾波器，實現波導模式的選擇。這為實現THz波的集成化器件奠定了基礎。6、設計並製備了複合天線結構與鈮酸鋰亞波長波導相耦合的光子學微結構，獲得頻率相關的太赫茲場增強。並且發現當太赫茲波的頻率接近於天線的第一級共振頻率時，它的能量被局域到晶體表面上。7、通過聲子極化激元和贋等離子激元這兩種元激發的耦合，實現了導波向表面波的轉化。8、提出兩種側向激發方式，可以調控THz波的頻率和線寬。線寬可以窄到10 GHz，這是之前的研究尚未實現的。準單色THz波實現從0.27-0.9 THz的動態調控，這對於高精度、動態的實時檢測和感測具有重要的意義。9、和頻和差頻是非線性光學的基本物理現象，對拓展雷射頻譜、信號探測等領域有著重要的意義。但是其形成過程一直未被觀測到。而我們利用逾時空分辨的成像系統，並嚴格設計了非線性產生的過程，拍下了和頻和差頻產生的過程。這有利於我們理解非線性光物理的物理本質和更好地利用非線性效應。
