多能级EIT量子相干特性及光量子器件设计

多能级原子气体与量子点介质是实现量子相干特性的重要材料，可应用于人工控制光传播技术。我们拟研究如下基础研究与应用相结合的课题：①利用量子相干特性，即含有EIT（电磁感应透明）的双控量子干涉效应研究光存储及光释放之后波形改变与失真问题，设计光子逻辑门与光子学开关等光量子器件；②EIT量子相干真空效应及其光量子特性与器件设计，主要研究多能级EIT 敏感波导光学特性，以此作为工作机制设计新型磁强计、波长选择传感器、光纤水听器等；③基于多能级EIT的周期结构介质光学特性及光子学器件设计，提出EIT周期介质中的探针光频率敏感效应和控制光场强可调效应及其在光量子学器件（光子学开关、光子逻辑门和光子晶体管等）设计中的应用，可能在集成光子学和全光通讯技术中具有应用价值。本课题将充分利用多能级原子气体与量子点介质量子相干、量子干涉及量子真空效应，将之用于设计新型光子学器件并进行原理性实验检验。

基于新型人工电磁介质材料、利用多种光学特性（基于不同机制，包括量子相干效应或原子相位相干性）来实现‘人工操纵光传播’技艺，并提出新方法与途径,研究相关效应、性质与现象，是当前光学领域内的研究思路之一。本课题利用以多能级EIT(电磁感应透明)为主要代表的量子相干介质（如多能级原子气体介质及半导体量子点材料等）来设计各种光学可控效应（借助基于EIT的各种光量子学器件，如光子开关、光子逻辑门、光子晶体管、对截面尺寸敏感的EIT波导、频率可调与场强可调的EIT光子晶体等）。本项目具体研究内容包括：①双控量子相干效应及光子逻辑门设计;②EIT量子相干真空效应及其光量子特性与器件设计;③基于EIT的周期性结构介质光学特性及光子学器件设计。通过对本课题的研究，我们实现了如下几个目标：1)我们对于量子相干效应，提出了其在多个领域内的多种物理贡献和效应,例如基于量子真空辅助的对尺寸敏感的EIT波导、频率敏感和场强可控的EIT周期介质、基于量子相干的表面等离激元激发与操控等；2)我们建立如上效应的比较完整的理论模型、揭示基本物理机制，利用前人文献内的数据,定量计算、预言新的物理效应可能会有的定量表现结果，例如双控量子干涉、微波量子干涉、基于量子相干操控的阻抗匹配结构等；3)将这些效应作为基本工作机制,设计具体的光量子学器件，如对截面尺寸敏感的EIT波导、基于EIT周期介质的光子逻辑门、EIT量子相干辅助表面等离激元器件等。本课题充分利用一些人工电磁介质量子相干、量子干涉、量子真空效应，将之用于设计新型敏感光子学器件，在集成光学、全光通讯等实际领域中可能有潜在的应用意义。