含特异光学材料微结构的量子光学特性研究

近年来，一些具有奇异电磁特性的特异光学材料被实验构造合成，其中包括负折射率材料以及单负材料。负折射率材料在某频率波段同时具有负的介电常数和磁导率，进而具有负的折射率，说明这种在理论上早已提出的同样使Maxwell方程组具有波动解的物质实现的可能性，引发了人们对这种新型材料的关注。负折射率材料内将产生诸多特殊的物理现象，更多特殊应用如完美透镜也已被提出。此外具有负介电常数或负磁导率的材料即单负材料也具有某些奇异的电磁性质。这些特异材料同样在量子光学方面具有特殊的性质，如利用负折射率材料或其构造的光子晶体微结构可以提高量子干涉效应，以及通过调制可控色散参量的特异材料来加强或减弱量子真空Casimir效应，进而可以开发其在量子通信系统中的应用。项目包括对含特异光学材料单层结构系统的量子光学特性的研究，并进一步将其拓展到多层结构系统，进而对此类系统应用于光通信及量子通信系统进行理论分析与实验实现。

本项目主要研究了在微结构系统中涉及一些特异光学材料时系统的量子光学特性，具体包括饱和磁化态铁氧体、磁光Voigt效应材料、各向异性晶体和单负特异材料、拓扑绝缘体薄层以及特异材料和正常电介质组成的多层结构系统中的量子真空Casimir作用力等效应，从物理上考察分析了各材料系统Casimir作用力变化特性的产生机制。我们的理论研究和分析表明，量子真空Casimir排斥效应和平衡回复作用存在于这些材料组成的微结构系统中，进而避免传统Casimir引力对系统组件产生的“粘连”损坏作用以及可以利用平衡回复作用稳定系统。研究过程中我们有一些新的发现，例如(1)可通过外磁场调控铁氧体以及磁光材料系统中的Casimir作用力，这类调控包含作用力幅值、方向的调控并可以产生平衡回复作用；(2)单轴晶体以及单负特异材料的各向异性会对Casimir作用力产生影响，甚至可以得到随着板间距变化中存在多次稳定平衡位置的效应；(3)利用平衡回复作用可得到多层材料介观稳定结构的Casimir固体等。另外在相关的光学领域，对非对称定向耦合器中光孤子传输特性与布里渊增益与吸收谱重构引起的慢光脉冲延时等问题也进行了考察。在此项目资助下项目组成员参与了相关领域学术会议和学术交流，项目中各项研究成果已经在Physical Review A、Optics Communications等SCI、EI刊物及国内核心刊物上发表。