《表面導波結構和光子晶體中的變換光學》是依託香港城市大學深圳研究院，由李贊恆擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：表面導波結構和光子晶體中的變換光學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李贊恆
- 依託單位：香港城市大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
變換光學是一門操控光波的新興技術。借用愛因斯坦的廣義相對論，變換光學產生的光學元件是由彎曲坐標變換所得到的有效介質組成。由於方法直觀而不受制於激發方法，使變換光學具有廣泛的套用範圍，也能夠獲得常規光學難以實現且反常的光學現象。本項目集中於研究運用表面導波結構以及光子晶體的變換光學。這時一般體材料有效介質理論並不適用，前者將變換光學推廣到表面導波而後者則推廣到波長跟晶格常數處於同一量級的範圍。另一方面，我們將通過微波複合材料及技術驗證變換光學各種反常的物理現象和工作原理。通過理論分析和數值模擬，我們將分別研究具有極大、極小甚至負折射率的表面導波結構及光子晶體，以及電磁波在其產生的變換光學元件中傳播的新方式與規律。我們也探討組成低耗損變換光學元件的新方法。除了研究變換光學基礎科學以外，本項目研究的光學元件組成方法也是未來新一代變換光學元件發展方向，具有套用意義。
結題摘要
變換光學是一種新興的光操控方法。在這個項目中，通過理論推導，數值模擬，到實驗製備，我們研究變換光學中新的工作範圍：從光子晶體尺度，複雜超材料，可調控的變換光學材料，以至套用到聲學的變換材料。這使我們日後能更容易製備變換元件，也能從中揭示變換光學對其他傳統方法的優勢。主要研究成果有： （1）我們建立了一種變換光學套用到光子晶體尺度的理論延伸。利用變換光學，我們可以把虛擬空間中具有正常晶格結構的光子晶體轉換為物理空間中的梯度光子晶體，並以此構建變換光學器件。光子晶體較大的電尺寸使得將來的變換光學器件的製備變得更容易，具有較小的材料吸收耗損，也能夠模擬變換介質所需要的磁性效應。 （2）當我們僅有一種各向異性材料時，通過考慮混合不同光軸方向而產生的有效介質，我們建立了這時最廣義的變換光學設計方案。對製備可調控的變換光學材料提供一個可行方案。 （3）我們製備了一個僅有一種各向異性材料的變換元件。由於微波與聲波在兩維波動方程上的相通，我們通過聲學實驗實現了聲束移位與有效負折射，也證明了變換光學其它套用領域的可行性。 （4）有效介質理論是連線變換光學到超材料的重要橋樑。我們在這裡發展出一個複雜超材料有效介質跟Ｓ－參數有關的近似封閉表達式，通用於任意複雜的超材料結構，包括各向異性，磁共振，以至磁電耦合。此外，我們還建立了一個在二維有效介質有用的折射率守恆定律，可以用來構建超材料的模板及可調控的變換光學材料。
