《基於稀土離子電磁偶極躍遷的光頻超常介質研究》是依託清華大學，由周濟擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於稀土離子電磁偶極躍遷的光頻超常介質研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：周濟
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於人工結構（metamaterials）的超常電磁介質具有新穎的物理性質和重要的套用前景，近年來引起了越來越多的關注，並逐漸向高頻方向發展。然而，這類人工結構材料在光學頻段面臨著加工技術、物理學和材料學極限。為了突破這些極限，發展可在光頻下工作的超常介質，本項目提出了利用稀土離子f-f能級間的電偶極躍遷和磁偶極躍遷實現光頻超常電磁回響的研究構想。擬在對鑭系稀土離子f-f能級電磁偶極躍遷的光譜結構研究的基礎上,探索f-f能級躍遷共振頻率下的超常電磁回響及其巨觀性質研究及其與稀土摻雜固體組成與性質的關係，發展出基於電子躍遷過程實現光頻超常電磁回響的新途徑，初步建立基於稀土f-f躍遷的本徵型光頻超常電磁介質的基本理論框架和材料設計原則，研製出基於上述機制的超常電磁介質材料，為發展非人工結構的新型光頻左手材料等超常介質提供理論和實驗基礎。
結題摘要
基於人工結構（metamaterials）的超常電磁介質具有新穎的物理性質和重要的套用前景，近年來引起了越來越多的關注，並逐漸向高頻方向發展。然而，這類人工結構材料在光學頻段面臨著加工技術、物理學和材料學極限。為了突破這些極限，發展可在光頻下工作的超常介質，本項目提出了利用稀土離子f-f能級間的電偶極躍遷和磁偶極躍遷實現光頻超常電磁回響的研究構想。在對鑭系稀土離子f-f能級電磁偶極躍遷的光譜結構研究的基礎上,該項目探索了f-f能級躍遷共振頻率下的超常電磁回響及其巨觀性質研究及其與稀土摻雜固體組成與性質的關係，發展出基於電子躍遷過程實現光頻超常電磁回響的新途徑，初步建立了基於稀土f-f躍遷的本徵型光頻超常電磁介質的基本理論框架和材料設計原則，為發展非人工結構的新型光頻左手材料等超常介質提供理論和實驗基礎。我們根據半經典理論分析了稀土摻雜晶體中的二能級電子躍遷過程，獲得了電磁參數與躍遷參數、稀土離子濃度的數學關係。在此基礎上對一些典型稀土摻雜氧化物體系的超常電磁參數進行了模擬計算。結果表明：在躍遷頻率處可以產生電諧振或磁諧振，且隨摻雜濃度增加，諧振強度和諧振區寬度均增大；利用Sm3+和Yb3+共摻雜Y3Al5O12晶體，同時實現了960 nm處的電諧振和磁諧振，獲得了頻寬為0.57 MHz的負折射區。
