《基於變換光學的幾個逆問題的研究》是依託北京師範大學，由周靜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於變換光學的幾個逆問題的研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：周靜
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
變換光學是目前活躍在光學和納米光子學領域的一種獨特的研究方法，它為這些領域帶來了無限生機，本項目擬採用變換光學的方法結合數值分析和實驗研究幾個逆問題：①隱身的逆問題，即電磁斗篷(cloak)的探測，分析電磁斗篷對超短脈衝雷射的非線性回響和散射光譜，給出探測電磁斗篷的經典光學方法，研究結果對闡明電磁波與超材料(Metamaterial)的作用機理有重要意義，為超材料的套用起到積極的促進作用。②電磁斗篷變換區域的逆問題，設計斗篷的幾何互補結構，分析其電磁局域特性，探索其在小型高分辨感測器、存儲器等方面的套用；③表面等離子波傳播的逆問題，將無限大金屬板變換為含奇點(邊緣或尖端)的金屬納米結構，使原本向無限遠傳播並逐漸衰減的表面等離子波沿金屬表面向其奇點減速傳播，並在奇點處聚集/增強，實現納米尺度的寬頻段光捕獲(light harvest)，研究其在單分子光譜探測、低能量超快非線性效應方面的套用。
結題摘要
(1)分析研究了電磁Cloak在超短脈衝雷射作用下的非線性回響特性，分析結果表明脈衝雷射與電磁Cloak的超構材料層相互作用會產生倍頻、受激拉曼散射等非線性效應，電磁Cloak在超短脈衝雷射照射下其散射場中存在明顯的頻移信號，據此可以探測電磁Cloak的存在。(2)在傳統的隱身斗篷中引入反隱身層(anti-cloak layer)使被隱藏物體在隱身的同時實現對外部信號的探測，創新點在於反隱身層可以具有不規則形狀，更具普適性。(3)針對隱身斗篷對超構材料(metamaterial)的依賴所導致的製作困難和波長依賴等問題，提出了兩種寬頻隱身系統，一種用常規光學透鏡，理論分析和實驗證明其可以在可見光波段有效地對物體實現寬頻隱身；另一種是結合相位匹配條件設計的寬頻電磁隱身斗篷，同時提出了曲面超構表面(metasurface)器件的設計方法。(4)提出了一種新的空間變換設計方案，可實現具有連續本徵模式的電磁局域微腔結構，它能將電磁場全部局域在自由空間微腔中，因而大大提高了能量利用率，而且其介質層的物質參數隨空間緩慢變化，更具實用性。此外，結合數值求解Laplace方程，可以設計不規則形狀的電磁局域微腔結構，可套用於小型高分辨感測器、存儲器等。(5)利用表面等離子激元在納米尺度上的“熱點”效應和亞波長尺寸的光捕獲特性實現局域電磁場增強。提出了具有槽形邊緣的月牙狀光捕獲微結構，在兩個微結構組成的二聚體的間隙處可獲得強電磁局域場；提出利用新型類表面等離子激元材料(鐵電聚偏氟乙烯)將光捕獲的電磁波段紅移，實現了太赫茲波段的寬頻光捕獲，數值模擬表明二聚體結構的吸收截面對外界環境很敏感，可套用於大分子的探測。(6)設計了一種具有槽形邊緣的銀納米片的組裝結構，並在實驗上製備出了這種結構，實驗研究表明該結構在槽形間隙處可以產生強電磁局域場，使它可以作為表面增強拉曼散射(SERS)的基底實現快速高靈敏度的拉曼探測，為化學分析、生物醫療和環境監測等領域獲得快速高靈敏度的拉曼探測提供了一種簡單易得的平台。(7)與項目相關的基礎研究，如基於槽形結構的研究結果，設計了由介質光柵實現的高質量多頻光學單通器件；利用線性坐標變換設計了多個由均勻介質構成的微型光學功能器件；提出了用等離激元納米殼層結構調控法諾共振的方案；提出了實現多波長反常透射及透射光譜紅移的納米結構等。
