基于微纳波导的非线性与量子干涉效应研究

由于其很小的有效模面积和可操控的吸收与色散特性，微纳波导中光与原子分子的共振相互作用已成为探索新型非线性与量子干涉效应的重要前沿课题。本项目研究两个重要的微纳波导系统：1)充有原子气体的空芯光子晶体光纤；2)置于原子气体中的金属纳米线及其相关结构。重点研究这些体系中由于光与多能级原子共振耦合所产生的若干非线性与量子干涉效应，包括：利用电磁诱导透明和主动拉曼增益手段实现体系的多光子干涉、光吸收与欧姆损耗的消除；借助体系的亚波长局域导致的很小的有效模面积和增加的相互作用时间实现光速的进一步减慢与克尔非线性效应的显著增强；发展奇异微扰方法研究体系中慢光与快光的传播、光孤子的形成及其相互作用；设计理论方案实现新型四波混频、全光开关、光量子存储与量子相位门等。这些研究不仅对于揭示受限混合量子体系中的新奇量子效应，而且对于拓展微纳结构在原子分子相干操控及其在光信息处理中的应用均有重要意义。

由于其很小的有效模面积和可操控的吸收与色散特性，微纳波导中光与原子分子的共振相互作用已成为探索新型非线性与量子干涉效应的重要前沿课题。本项目对以下课题开展了深入细致的研究：1）置于原子气体中的金属纳米线及其相关结构及超材料的表面等离激元光的线性与非线性传播；2）充有原子气体的空芯光子晶体光纤中的光的线性与非线性传播；3）超慢光孤子的超控、存储与读取；4）宇称-时间对称体系中光的线性与非线性传播。重点开展了这些体系中由于光与多能级原子共振耦合所产生的若干非线性与量子干涉效应。通过研究在以下方面取得了一系列学术成果, 包括：利用电磁诱导透明和主动拉曼增益手段实现体系的多光子干涉、光吸收与欧姆损耗的消除；借助体系的亚波长局域导致的很小的有效模面积和增加的相互作用时间实现光速的进一步减慢与克尔非线性效应的显著增强；发展奇异微扰方法研究体系中慢光与快光的传播、光孤子的形成及其相互作用；设计理论方案实现新型四波混频、全光开关、光孤子存储与量子相位门等。这些研究成果不仅对于揭示受限混合量子体系中的新奇量子效应，而且对于拓展微纳结构在原子分子相干操控及其在光信息处理中的应用均有重要意义。项目执行期间发表有关SCI论文 25 篇 [其中 Phys. Rev. 系列15 篇 (包括 Phys. Rev. Lett. 1 篇）， Opt. Lett. 2 篇，Sci. Rep. 2 篇，Opt. Express 2 篇， J. Opt. Soc. Am. B 3 篇]，在国内外有关学术会议做学术报告9 次 (其中邀请报告 8 次)。.