超常材料中光學孤子的傳播和操控研究

《超常材料中光學孤子的傳播和操控研究》是依託湖南大學，由文雙春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超常材料中光學孤子的傳播和操控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：文雙春
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

超常材料具有獨特而豐富的線性和非線性電磁特性，蘊含著大量的孤子現象和物理；同時，超常材料的電磁特性可以人為設計，為主動操控孤子提供了條件和手段。本項目首先將研究超常材料中光學孤子的傳播特性及其相互作用，揭示超常材料特有的如負折射、磁回響等特性對孤子傳播和相互作用的影響及其所導致的新的孤子現象，重點探索高維空間孤子和時空孤子形成和穩定傳播的機理。其次，研究超常材料的線性（特別是色散）和非線性特性的調控機理，形成主動控制超常材料色散特性的原理方案和技術路線；在此基礎上，針對各種特定的孤子現象所需要的物理條件，主動設計超常材料的線性和非線性特性，實現對孤子的主動操控；尤其是，設計出在超常材料中形成穩定的四維時空孤子的物理環境。研究結果將不僅豐富和發展孤子物理，而且為發展基於超常材料的相關光子器件和光控光技術奠定理論基礎。

結題摘要

本項目的成果主要體現在兩方面。一是針對超常材料特有的磁回響及其導致的各種線性和非線性光學效應，揭示了與之關聯的光學孤子的傳播及其相互作用特性，包括：(1) 揭示了超常材料中時空孤子的新特性，發現超常材料中一種新的時空光束現象——空間環形光束，理論上解釋了時空孤子和環形光束的形成機理及其與超常材料特有的電磁回響特性之間的關係；(2) 闡明了超常材料中的非線性飽和、二階非線性色散等效應對超短脈衝傳輸的影響規律，並揭示了這些效應導致的若干新的孤子調製不穩定性現象；(3) 揭示了含負折射率超常材料的反向定向耦合器中交叉相位調製效應所致的調製不穩定性規律，為操控耦合器中的調製不穩定性和孤子提供了更多的方法和手段。二是針對超常材料電磁和光學特性的可人為設計性，探索了超常材料中孤子的形成、穩定傳播和相互作用的主動控制原理和方法，包括：(1) 提出並實驗證明利用亞波長金屬短桿陣列增強常規微波吸收材料吸收性能的思想, 發現超常材料的線性損耗和磁回響可導致類似於雙光子吸收的非線性飽和吸收效應，基於材料的色散與吸收特性的關聯性，從另一個角度證明並揭示了超常材料色散和非線性的可調性及其機理；(2) 提出一種擴展光子晶體零均折射率帶隙的新方法，得到了零寬度零均折射率光子帶隙的產生條件，為發展寬頻全向帶隙和濾波器提供了新途徑；(3) 建立了超常材料中有Raman延遲回響和損耗的超短電磁脈衝傳輸的物理模型，理論證明超常材料可控的線性和非線性電磁性質可從多條途徑調控孤子的自頻移和色散波的產生。 研究結果在國內外主要刊物上發表SCI論文15篇，在國際會議作邀請報告1人次，申請國家發明專利4項，培養博士研究生4名、碩士研究生6名。