光束在PT对称光子晶格中的线性动力学特性

In classic optics, a Parity-Time (PT) symmetric potential could be realized by introducing anti-symmetric gain and loss in dielectric materials, which resembles the case of quantum systems under a PT symmetric potential. However, current research interests mainly focused on their nonlinear characteristics and PT soltions. The linear properties of PT symmetric potentials has not been thoroughly investigated. This project is intended to study from the band gap structure of PT symmetric periodic potentials, and discover the natural relationships between optical beam modes and linear Floquet-Bloch modes. It is also intended to analyze the Optical Bloch Oscillations, Optical Rabi Oscillations and Dynamic localizations. The propagating dynamics of several special optical beams such as Gaussian beams, Lorenz beams,Bessel beams and other generalized optical modes in PT symmetric optical lattices and their interactions with the PT potentials are also contained in this project.

经典光学中，当材料中存在反对称的增益和吸收时，光束在其中的传播可以等效成一个具有奇偶时间对称（PT对称）势函数的量子体系。目前国内外对于具有PT对称势的光子晶格中光束动力学性质的讨论主要集中在其非线性动力学特性和PT孤子的研究方面。本项目拟从PT周期势的带隙结构出发，阐明PT对称光学晶格内的Floquet-Bloch模同入射光束模式之间的联系；分析PT光子晶格内光束的布洛赫振荡、拉比振荡和动态局域性等动力学特性；结合麦克斯韦方程组在傍轴近似下的几种特解形式，探讨高斯光束，洛仑兹光束，贝塞尔光束，以及由他们衍生的其他特殊光束与PT对称光子晶格相互作用时的线性传输动力学性质。

本项目对PT对称光子晶格中纵向势垒对孤子的散射问题做了深入讨论，发现孤子在传输过程中遇到PT对称光子晶格中的纵向势垒时，势垒会对其产生横向推力的作用，这种横向漂移与光子晶格的吸收/损耗系数、调制深度和势垒长度等因素密切相关；而且孤子与势垒的相互作用过程中也伴随有能量交换。在特殊光束方面，通过设计光束的谱相干度函数，项目提出了几种在湍流大气中保持自聚焦的特殊光束，在自由空间光通信方面具有潜在应用价值。在金属表面等离激元及其应用方面，对金属表面等离激元在太阳电池、探测器和光波导中的应用物理机制开展了研究，给出了不同厚度单晶硅片上利用纳米锥阵列实现减反射的最优化参数和物理机制，给出了利用金纳米颗粒提高石墨烯表面透明电极单晶硅电池效率的物理机制，给出了利用中空金纳米颗粒调控硒化镉纳米带探测器的物理机制，给出了周期性金属超表面的Spoof-SPP的色散关系解析解和激发规律，讨论了基于表面等离子激元对在离子体成像和光刻技术中的积极作用。这些研究对于在纳米尺度控制和利用光具有重要的学术价值。