非線性周期結構中的離散光渦旋現象研究

《非線性周期結構中的離散光渦旋現象研究》是依託南開大學，由宋道紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非線性周期結構中的離散光渦旋現象研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋道紅
• 依託單位：南開大學

中文摘要

渦旋光是一種具有軌道角動量的特殊光場，它在光學微操縱、光學顯微、光信息傳輸、非線性光學等領域得到了廣泛的套用。目前，人們對渦旋光的研究主要集中在連續介質中，對於渦旋在光學周期結構中的傳播規律還不是很清楚，這就限制渦旋光在周期結構中的套用。本項目擬將渦旋光的研究從連續介質拓展到光學周期結構中，研究渦旋光在光學誘導法製備的二維光子晶格中的線性與非線性離散傳播行為，闡明渦旋光的拓撲電荷與帶隙結構的關係；光子晶格的布洛赫模式與離散渦旋的關係；離散渦旋孤子之間相互作用以及渦旋光與光子晶格中缺陷及晶格表面相互作用的規律。從而揭示由於渦旋光的軌道角動量、光子帶隙結構及非線性相互作用的新規律。實現多種新穎的離散渦旋孤子態、缺陷渦旋態及離散表面渦旋態。我們的研究不僅為在周期結構中操控軌道角動量提供了可能，而且能為其它非線性周期系統中的離散渦旋現象提供有益的借鑑。

結題摘要

渦旋是一種普遍存在的物理現象，從巨觀的宇宙星系、到微觀的超流、超導量子體系中都存在渦旋。在光學領域的光渦旋由於具有軌道角動量特性，在光操縱、光通信及成像等方面的套用引起了人們極大的興趣。通常關於渦旋光的研究都是在連續介質中。本項目主要研究周期結構中的光渦旋現象，揭示光學周期結構中的離散光渦旋的新物理與新現象。在項目執行期間，我們重點研究了光誘導方法製備的蜂巢型光子晶格和四方光子晶格中的離散渦旋現象。我們實現了與子晶格自由度相關的整數渦旋和分數渦旋的可控產生，揭示了蜂巢型光子晶格中贗自旋與渦旋角動量的關係；發現了高帶非線性渦旋模式與四極光模式的相互作用及周期性轉化現象，此外我們還實現了複雜光子晶格中的平帶模式及圖像傳輸。我們的研究不僅為在周期結構中操控軌道角動量提供了可能，而且能為其它非線性周期系統中的離散渦旋現象提供有益的借鑑。相關結果發表在了Nature Communications、Optics Letters、Optical Express、2D materials等國際學術期刊上。