缺陷光子晶格中的光动力学研究

光在具有空间带隙结构的周期性光子晶格中传播的时候，表现出与在相应均匀介质中截然不同的特异动力学行为，如离散衍射、空间离散和带隙孤子等，近年来引起国际上广泛而深入的关注。国际上包括我们在内的多个科研小组对均匀光子晶格的制备以及光在其中传播的线形和非线性动力学过程已有了全面的研究、认识和报道。如何将这些研究成果转化成有价值的应用，使得光子晶格如同光子晶体那样在全光功能器件表现出巨大的应用潜力就成为我们下一步需要解决的问题。由于均匀完整的光子晶格对光的操控手段毕竟有限，因此在本项目中我们考虑将缺陷引入到光子晶格体系中，结合前期利用布拉格反射线性光子晶格缺陷导波的工作基础；围绕光在光子晶格缺陷中的非线性传播、缺陷与侧入射光束相互作用、缺陷与缺陷间耦合等物理过程展开研究；发现新现象，解释新机制，同时为光子晶格材料在光通讯及信号处理等方面的应用打下良好的基础。

由于特殊的空间带隙结构决定了周期光子晶格具备相应均匀介质所不能拥有的新颖的光学行为。近年来，光子晶格在微纳光学、非线性光学、凝聚态光学等领域引起国际上广泛而深入的研究。我们结合自身在这方面一些前期的工作基础，瞄准缺陷光子晶格这个方向，在这三年中取得以下研究结果：.1）成功搭建实时缺陷深度可调的一维和二维光子晶格的制备系统。这为我们接下来的研究提供了坚实的实验平台。.2）研究涡旋态依赖于缺陷深度的传播行为。发现有在一定缺陷深度范围内才支持涡旋态的传输。不仅为涡旋态稳定传输提供更多的手段，同时还拓宽了人们对带隙结构的深入认识。.3）观测到缺陷态反对称模式的非线性对称破缺。我们的研究发现当缺陷耦合常数大于正常阵列耦合常数的时候，非线性反对称模存在能量阈值效应的对称破缺。.4）研究发现非线性波在一维和二维光子晶格中基于角度阈值的类光开关效应。当非线性波在邻居缺陷入射并逐渐加大入射角过程中，以缺陷为界其表现出从反射到投射的转变。为非线性控光又提供了另一种可能的方案。.5）发现非对称三缺陷光子晶格的类光二极管效应。巧妙的设计三缺陷的耦合参数，实现能量从一侧缺陷向另一侧缺陷单向耦合。在复杂环境的的光交互方面存在应用性。..基于以上及其他一些相关工作，三年中我们课题组在本项目的资助下共计发表7篇论文，其中Applied Physics Letters、Optics Express和Physical Review A各1篇，Optics Letters 4篇。期间毕业博士1人、硕士1人。项目负责人在此期间入选教育部新世纪优秀人才支持计划。