光子晶体器件物理机制研究

本项目将以理论推导和数值模拟结果作为依据，为光子晶体器件物理机制研究设计和制作各种新纳微结构，并采用时间、空间、频率分辨或多维激光光谱多种方法相结合作为研究手段，研究光子晶体相位器件、光子晶体微腔器件、光子晶体慢光非线性增强高灵敏器件和等离子体与纳米复合结构光子器件的物理机制；为发展新型光子器件和光电子器件提供新的理论基础和实验依据，为产生有自主知识产权的新一代光电子产业奠定基础。同时，采用上述研究方法探索闭合微腔中单量子点激子超辐射实现量子纠缠的可行性；为发展新型量子纠缠光源提供新的理论基础和实验依据。另外，在深化对光和普朗克常数的认识方面，为排除现今人们对光的认识所存在的混乱和解决在解释光的代表性现象时存在的困惑，我们将重点设计各种可信可靠的实验，用令人信服和无可辩驳的实验证据深化人类对光的认识，使各种代表性现象的解释再不存在困惑；为迎接现代物理的新发展奠定基础。

本项目发表期刊论文24篇，会议论文12篇。其中SCI影响因子大于3占11篇，中文核心期刊1篇。包括Phys. Rev. Lett., APL，PRB, OL，OE等期刊杂志。本项目重点开展了光子晶体器件物理机制、微腔与非线性物质的相互作用、光的本性的研究、和全息三维显示等四方面的研究工作。在光子晶体器件物理机制研究方面，开展了电磁稳定传输、隐身、Fano响应、手性光子晶体制备等理论和实验研究。例如，在理论和实验上实现了受时间反演不变性保护的光学系统中的稳定传输行为，设计的新型波导结构能让左旋偏振光避开金属障碍物而发生全透，并能实现直线或90度转弯传播。我们的方案无需依靠外磁场，使得实现光波段的稳定传输成为可能，也为光拓扑绝缘体的实验获得奠定了基础。发现了全息螺旋型手性光子晶体中Fano响应。同时对手性光子晶体的制备进行了探索，通过计算机仿真和实验制备方法从微观尺度上探讨微纳结构薄膜的生长机理，以对手性光子晶体制备提供条件。此外，研究了特异材料平板结构中散射隐身的频域和时域特性，严格推导了含损耗的特异材料平板结构作为成像器件和隐身器件的转换条件。研究了含表面等离基元的电磁模式局域和电磁传播研究，包括十二重准晶阵列的SPP模式局域特性、基于环形共振器的平顶带通滤波器。在微腔与非线性物质的相互作用方面，开展了超辐射、表面等离子体纳米激光器、慢光等方面的研究。研究了量子点激子超辐射。提出了一种用基于类电磁感应透明现象的新型纳米激光器，其出射光直接耦合到波导里面，有利于超小半导体激光器的集成开发。研究了六边形纳米介质微腔中的漫反射与奇特发光现象，提出了波的漫反射，提出了高对称花瓣形状发光模式的可能成因；研究了纳米金属球链开放微腔及其慢光特性。在光的本性方面，通过对康普顿效应和光电效应光的研究，证实了我们对光的本性认识方面的观点。在全息三维显示方面，证明了夫琅禾费计算全息能用于菲涅尔区域的全息立体成像。完成了增大可视角的光学系统搭建，把单个SLM的可视角增大到基本满足人眼自然观看。