[NSFC]光子带隙调控、新效应及其应用
光子带隙调控新效应及其应用-图文
光子带隙调控新效应及其应用-图文项目名称：光子带隙调控、新效应及其应用起止年限：依托部门：陈鸿同济大学2022.1至2022.8教育部上海市科委首席科学家：二、预期目标总体目标：围绕光子晶体的带隙调控、新现象及其应用，研究光子晶体带隙调控新机理和新现象，如特异材料及复合周期性结构和关联光子学微结构阵列；研究光子人工微结构集成回路的调控机理与新现象，如光子晶体和亚波长金属周期微结构中高品质微腔、对量子受限系统中的受激激发和自发辐射过程的影响、量子信息的制备和调控等。
研究光子晶体中光调控新效应与潜在应用研究，如三维光子晶体的光调控新效应、非线性光子晶体的光调控新效应、光子局域共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应等。
通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。
五年目标：1.设计与制备微波波段特异材料，利用特异材料及其复合周期结构的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件如新型飞行器天线罩、用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。
2.设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器。
3.设计与制备亚波长金属周期微结构与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新跃迁激发原理和吸收现象，研制新型红外波段探测器。
4.设计与制备光子学微结构阵列，利用非线性光子学微结构阵列的特殊带隙结构和光调控效应，研制新型光调制器件如光开关。
5.发表一批高质量学术论文，形成一批有自主知识产权的专利技术。
三、研究方案学术思路：本课题以未来信息技术为目标，从学科前沿与国家需求有机结合点出发，紧密围绕光子晶体的带隙调控与新现象这一中心任务，将材料制备、测试和表征、理论分析和器件应用等有机结合起来，针对具体的关键科学问题进行系统和深入的研究和探索。
光子晶体中的能带结构与光学波导效应
光子晶体中的能带结构与光学波导效应引言随着人类对光学科学的不断深入研究，光子晶体作为一种新兴材料，引起了广泛的关注。
光子晶体是一种具有周期性结构的介质，在此结构中光的传播被限制或操控，从而产生一系列独特的光学效应。
其中，能带结构和光学波导效应是光子晶体中最为重要的两个方面。
本文将详细介绍光子晶体中的能带结构和光学波导效应，并探讨其在光学应用中的潜在价值。
光子晶体的基本概念光子晶体，又称为光子晶格或光子带隙材料，是一种具有调制折射率的周期性结构。
与电子晶体类似，光子晶体中也存在能带结构，即光子带隙。
光子晶体的制备方法多种多样，可以根据不同的应用需求选择不同的制备方法。
典型的制备方法包括自组装、纳米加工以及溶胶凝胶等。
光子晶体的周期性结构导致了光子能量的禁带结构，其中的带隙区域在光学波长尺寸范围内，可以对特定波长的光进行完全或部分的反射或禁闭。
这种能带结构的调控使得光子晶体能够在光学通信、光学传感、光电子器件等领域发挥重要作用。
光子晶体中的能带结构光子晶体中的能带结构指的是光子晶体中光的能量在空间中的分布状态。
光子晶体的能带结构如同电子在晶体中的能带结构一样，可以分为导带和禁带。
导带中的光子能够在光子晶体中自由传播，而禁带中的光子能量被禁止传播，因此禁带区域内的光子形成了光子带隙。
光子晶体中的能带结构可以通过调节晶格结构、折射率的变化以及周期性的改变等方式进行调控。
通过控制光子晶体的周期性结构，可以改变能带结构的宽度和位置，从而实现对特定波长的光进行选择性的传播或反射。
通过调节光子晶体的尺寸和结构参数，可以实现对带隙位置和宽度的调控。
光子晶体中的能带结构对光的传播产生重要影响。
当光的波长与光子晶体中的禁带结构相匹配时，光将无法通过光子晶体，从而形成光学隔离效应。
这种能带结构的特性在光学通信和光学传感中具有广泛的应用潜力。
光子晶体中的光学波导效应光学波导效应是指在光子晶体中通过调节结构参数，使得光在材料内部进行导波传输的现象。
光子晶体材料的能带结构与光学性质分析
光子晶体材料的能带结构与光学性质分析引言：光子晶体材料近年来备受关注，它能够控制光的传播和频率，具有广泛应用前景。
光子晶体材料的独特属性与其能带结构和光学性质密切相关。
本文将从能带结构和光学性质两个方面分析光子晶体材料的特点与应用。
一、能带结构分析1. 布拉格反射与光子带隙光子晶体材料具有周期性的结构，其中的周期性结构可以与入射光波的波长形成布拉格反射。
当入射光波长等于布拉格反射条件时，出射光波被禁阻，形成光子带隙。
通过调整光子晶体材料的周期性结构，可以有效控制光的传播和频率。
2. 光子带隙的特性光子带隙是光子晶体材料独特的能带结构特点之一，其宽度和位置对于光的传播和频率起到决定性作用。
光子带隙的宽度与材料中原子的折射率和周期性结构的参数有关。
通过调节这些参数，可以实现对光子带隙的调控，拓宽带隙宽度和改变带隙位置，进而实现对光传播和频率的精确控制。
二、光学性质分析1. 光子晶体材料的色散性质光子晶体材料中的能带结构对于光的传播速度和频率有显著影响，其中色散性质是光子晶体材料的重要特征之一。
色散性质可以通过能带结构中的斜率来描述，斜率越大，色散性质越好。
利用光子晶体材料的色散性质，可以实现对不同波长光的分离和调制，有助于提高光通信和光信息处理的效率。
2. 光子晶体材料的非线性光学性质由于光子晶体材料具有较高的折射率和强烈的光场调制效应，其非线性光学性质较强。
光子晶体材料可以通过选择合适的光子带隙来增强或抑制非线性效应，用于实现光信号的调制、光开关和光学限幅等应用。
此外，利用光子晶体材料的非线性光学性质还可以实现光学泵浦放大器、激光器和功能光纤等器件的发展。
结论：光子晶体材料的能带结构和光学性质是其独特功能的基础。
通过对能带结构和光学性质的深入分析，可以更好地理解光子晶体材料的特点与应用，并为其在光通信、光信息处理、光探测等领域的进一步研究和应用提供指导和依据。
随着光子晶体材料研究的深入，相信它将在未来的光学领域发挥越来越重要的作用。
光子晶体光学性质及应用研究
光子晶体光学性质及应用研究光子晶体是一种周期性的光学介质，它能够控制光的传播和电磁波的频率。
因此，它被广泛应用于光子学、奈米技术和量子物理学等领域。
本文将探讨光子晶体的光学性质及其应用研究。
一、光子晶体的结构光子晶体又称为光子晶体体系，它是一种三维的微结构，由两种或多种折射率不同的材料交错排列而成。
其周期性的结构可与X射线衍射图谱相容，这使得光子晶体结构更加稳定。
光子晶体的周期性结构可被描述为一个具有周期性类型的反射格子。
当光子进入晶体时，光子会受到结构的限制而无法传播，因此，光子晶体被称为光子带隙材料。
光子晶体的带隙材料限制了光子在晶体中的传播，并阻碍了将光子从材料中释放出来。
二、光子晶体的光学性质1. 带隙结构带隙结构是光子晶体最重要的光学性质之一。
当光子晶体的周期性结构与光子波长相当时，晶体的折射率会变化，光子波长会被阻碍，因此，光子波长不能穿过晶体。
这种阻碍被称为带隙。
光子晶体的带隙结构比普通晶体的带隙结构更加独特。
2. 带隙的调节带隙可以通过改变光子晶体的结构而调节。
调节可以通过改变晶体的格子常数、导入分子缺陷或添加金属粒子等方式实现。
3. 光效应光子晶体可表现出一些特殊的光效应，例如衍射、散射、透射和吸收。
这些光效应可用于制造新型的传感器、光学滤波器和光学开关等。
三、光子晶体的应用1. 光学控制器件光子晶体可制造出一些特殊的光学控制器件，例如光学调制器、光学滤波器、光谱成像器和光波导器等，这些控制器件在光通信和光计算等领域有广泛的应用。
2. 光子学传感器光子晶体中的局部折射率变化可用于制造高灵敏度的光子学传感器。
光子学传感器可在生物医学、环境监测和工业制造等领域中有很多应用。
3. 太阳能电池光子晶体中的带隙结构可用于制造太阳能电池。
由于光子晶体的带隙特性，它能够有效地增强太阳电池的光吸收效果，从而提高太阳电池的转换效率。
四、结论光子晶体是一种光学介质，它具有周期性的结构和调节带隙的能力。
光子晶体的制备和应用研究进展
光子晶体的制备和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光波在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
自二十世纪末光子晶体概念提出以来，其制备技术和应用研究便成为了科学研究的热点。
本文旨在概述光子晶体的制备方法以及在不同领域中的应用研究进展，以期对光子晶体的未来发展提供全面的视角和深入的理解。
我们将对光子晶体的基本概念和特性进行简要介绍，以便为后续的研究进展提供理论基础。
随后，我们将重点综述目前光子晶体的主要制备方法，包括胶体自组装法、激光全息干涉法、逐层堆积法等，并探讨各种方法的优缺点及其适用范围。
在应用研究方面，我们将关注光子晶体在光子器件、光通信、太阳能电池、传感器以及生物医学等领域的应用进展。
我们将详细分析这些应用背后的原理、技术实现以及取得的成果，并对未来的发展趋势进行展望。
我们将对光子晶体的研究现状进行总结，并指出当前面临的挑战和未来的发展方向。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备和应用研究的平台，推动光子晶体在科学技术和工业领域的进一步发展。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术自其概念提出以来，经历了长足的发展和进步。
光子晶体的制备技术主要分为两大类：自上而下（Top-down）和自下而上（Bottom-up）的方法。
自上而下法主要包括机械加工、微影术和激光刻蚀等。
这些方法通常用于制造具有周期性结构的三维光子晶体。
机械加工方法可以通过精确控制机械力，如研磨、切割和雕刻等，来创建具有特定周期性结构的光子晶体。
微影术则利用光化学反应在基材上生成特定的图案，然后通过化学或物理手段进行蚀刻，从而制作出光子晶体。
激光刻蚀则使用激光束直接对材料进行刻蚀，形成光子晶体。
这些方法的主要优点是制造精度高，可以大规模生产，但设备成本较高，且难以制备出具有复杂结构和精细调控的光子晶体。
自下而上法则主要包括胶体自组装、溶胶-凝胶法、气相沉积和生物模板法等。
光子晶体与亚波长光学的研究和应用
光子晶体与亚波长光学的研究和应用光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其特点是具有光子带隙，可以在特定频率范围内对光进行完全反射。
亚波长光学是指在波长远小于光束横向尺寸的情况下进行光学研究和应用。
光子晶体与亚波长光学相结合，可以实现一系列新颖的光学现象和应用。
光子晶体的研究和应用吸引了广泛关注，因为它具有许多独特的光学特性。
首先，光子晶体的周期性结构使得光的传播受到限制，产生了光子带隙。
这意味着在特定频率范围内，光无法传播，从而实现了光的完全反射。
在光子带隙内的光也会被光子晶体散射，产生一些有趣的光学效应。
其次，光子晶体可以实现光的导波和调控。
通过在光子晶体中引入缺陷，可以形成光子晶体波导，实现光的传导。
与传统的光波导相比，光子晶体波导具有更小的损耗和更大的模式面积，有助于实现高效率的光传输。
通过调控光子晶体波导的结构，可以实现对光信号的调制和控制，从而实现光的能量调控、相位调控、光的分波器、滤波器等应用。
此外，光子晶体还可以用于光的放大、激光和光传感器等领域。
通过在光子晶体中引入发射中心，可以实现光的放大，形成光子晶体激光器。
相比传统的激光器，光子晶体激光器具有更低的阈值功率和更窄的线宽，有助于实现高品质的激光输出。
此外，光子晶体结构的调控还可以实现针对特定物质或环境的光传感器，具有高灵敏度和高选择性。
亚波长光学是光的研究和应用的一个重要分支，在纳米尺度下具有很多独特的光学现象。
例如，纳米颗粒在特定波长下可以表现出金属和介质的特性，实现光的表面等离子共振，从而实现光的局域场增强、非线性光学等应用。
另外，亚波长光学还包括纳米光学器件的制备和应用。
通过制备纳米级光学器件，可以实现对光的高度控制，并且可以在亚波长尺寸下实现更高的光学分辨率。
将光子晶体与亚波长光学相结合，可以实现更多新颖的光学现象和应用。
例如，通过在光子晶体中引入纳米颗粒，可以实现光的局域场增强，从而实现更高的灵敏度的光学传感。
另外，光子晶体结构的调控可以实现更小尺寸的光波导器件，从而实现更高的集成度和更高的光传输效率。
光子晶体材料的制备及其应用
光子晶体材料的制备及其应用第一章：光子晶体材料的概述光子晶体是一种能够调控光的物质，它的晶体结构类似于普通晶体，但具有周期性的折射率变化。
在光子晶体中，光的波长会受到晶体结构的拦截和反射，进而发生抑制或放大的现象，这种光的控制在现代光电技术和光学传感领域具有广泛的应用。
光子晶体材料的制备和应用非常广泛，包括制备方法、材料特性、性能调控和应用领域。
本文将介绍光子晶体材料的制备及其应用，并分成三个章节，分别是制备方法、材料特性和应用领域。
第二章：光子晶体材料的制备方法1. 三维光子晶体三维光子晶体是通过周期性排列微米级或纳米级的介质构成的，制备方法较为繁琐，但在光子晶体领域应用最广泛。
其制备方法主要有两种：自组装技术和光刻技术。
自组装技术主要是利用介质的自组装能力实现光子晶体的制备；而光刻技术则是将介质制成固体模板，再通过化学反应或成型加工等方法实现光子晶体的制备。
2. 嵌入式光子晶体嵌入式光子晶体是将介质微球嵌入到其他材料中，形成的一种复合材料，其制备方法主要有两种：直接嵌入法和浸涂法。
直接嵌入法是将制备好的介质微球直接嵌入到其他材料中，浸涂法则是将介质微球浸涂在其他材料的表面上，然后固定在上面，形成复合材料。
3. 二维光子晶体二维光子晶体是通过周期性排列微米级的介质构成的，其制备方法主要有两种：自组装技术和刻蚀技术。
自组装技术主要是利用介质的自组装能力实现光子晶体的制备，刻蚀技术则是将介质制成固体模板，再通过化学蚀刻或成型加工等方法实现光子晶体的制备。
第三章：光子晶体材料的特性光子晶体材料在结构上具有周期性的复杂性，由此可产生许多特殊的光学和物理特性：1. 光子带隙光子晶体中的折射率随着时间和空间的变化而变化，形成了一系列禁戒带隙，这些带隙的存在决定了光的传输和反射特性。
2. 超衍射限制光在普通的材料中受衍射极限的限制，但在光子晶体中，凭借其周期性排列结构，可使光的波长比常规物质的衍射极限小，产生超衍射现象。
南开大学科技成果——纳微结构非线性光学、光调控与器件应用
南开大学科技成果——纳/微结构非线性光学、光调控
与器件应用
本项目主要开展纳微结构体系光子带隙的设计、纳微结构体系的光学非线性效应、光波传播动力学以及光控光操作应用等方面的研究，发展在介观尺度下调控光子传输行为的新效应、新原理与新技术。
已在Physical Review Letters、Optics Letters、Applied Physics Letters和Optics Express等国内外重要学术刊物上发表论文30余篇。
其中有关铁锆双掺铌酸锂晶体的相关成果被《Science Archived》收录，有关非传统偏压配置条件下各种非线性光子学晶格的制备及其非线性光调控方面的研究成果被OSA选为2008年光学领域的重要进展在《Optics & Photonics News》上发表。
成果图片：
图1 二维“脊背”型光子晶格、带隙孤子的相位空间结构图和空间
频谱
图2 非传统偏压条件下的各种非线性光子学晶格
图3 系列掺锆铌酸锂晶体。
光子晶体材料的光子带隙研究
光子晶体材料的光子带隙研究光子晶体材料是一种由周期性微结构构成的材料，其特点是可以在禁带内产生光子带隙。
这种光子带隙可以限制特定波长的光在材料中传播，使得光子晶体具有尺度效应和特殊的光学性质。
光子带隙的研究对于光子晶体材料的设计和应用具有重要意义。
光子带隙是指在光子晶体材料中存在一个波长范围，在该范围内光不能通过材料。
这个波长范围被称为光子带隙。
光子带隙的形成是由于光的波长与光子晶体的周期性结构相互作用导致的。
当光子晶体的周期性结构的尺度与入射光的波长相当或者小于一定的倍数时，入射光的相位延迟受到限制，从而形成光子带隙。
光子带隙的产生使得光子晶体材料具有了许多特殊的光学性质。
首先，光子带隙的存在使得光子晶体材料在一定波长范围内对特定的光波长具有高反射率。
这种特性使得光子晶体材料在光学薄膜、反射镜等器件中有着广泛的应用。
其次，光子带隙还可以用来控制光的传播方向。
当光子晶体材料中存在光子带隙时，只有在特定的角度范围内，光才能穿过材料，而在其他角度上则被完全反射。
这种局域传播的特性在光学波导和用于光学通信设备中有着重要的应用。
光子晶体材料的光子带隙研究至今已有多年历史，研究者们一直致力于寻找更好的设计和制备方法来实现更加完美的光子带隙结构。
其中一个重要的研究方向是在光子晶体材料中引入缺陷。
通过在光子晶体中引入缺陷，可以改变光子带隙的性质，使得光子晶体材料在更广泛的光波长范围内产生光子带隙。
这种缺陷引入的方法被称为缺陷模式制备。
缺陷模式制备具有很高的灵活性，可以根据需要来控制光子晶体材料的光学性质。
研究者们可以通过选择不同的缺陷形状和大小来改变光子带隙的大小和位置。
通过改变缺陷的位置和尺寸，研究者们可以实现光子带隙的“开闭”，即在不同波长范围内打开或关闭光子带隙。
这种“开闭”的特性为光子晶体材料的应用提供了更大的灵活性。
光子晶体材料的光子带隙研究还面临着一些挑战。
首先，制备光子晶体材料的周期性结构需要非常精细的加工技术。
光子晶体光纤的原理、应用和研究进展
光子晶体光纤的原理、应用和研究进展一、本文概述光子晶体光纤，作为一种具有独特光学性质的新型光纤，近年来在光通信、光电子、生物医学等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面介绍光子晶体光纤的原理、应用以及研究进展，以期为读者提供深入的理解和前沿的科研动态。
我们将概述光子晶体光纤的基本结构和光学特性，阐述其与传统光纤的区别和优势。
我们将详细介绍光子晶体光纤在光通信、光电子器件、生物医学成像等领域的应用实例，展示其在这些领域的独特作用和价值。
我们将总结当前光子晶体光纤研究的热点问题和发展趋势，以期为相关领域的研究者提供有价值的参考。
二、光子晶体光纤的基本原理光子晶体光纤，也被称为微结构光纤或空芯光纤，其基本原理主要基于光子带隙效应和光子局域化。
这种光纤的核心结构由周期性排列的空气孔组成，形成了一种类似于晶体的结构，因此得名光子晶体。
光子带隙效应是指，在特定频率范围内，光波在光子晶体中传播时，由于受到晶体结构的影响，某些频率的光波被禁止传播，形成所谓的“光子带隙”。
这种效应使得光子晶体光纤具有独特的传输特性，例如低损耗、高带宽等。
光子局域化则是指，当光波在光子晶体中传播时，受到晶体结构的影响，光波的能量被局限在某一特定区域内，形成所谓的“光子局域态”。
这种效应使得光子晶体光纤能够实现光波的高效传输和控制。
在光子晶体光纤中，光波主要在空气孔中传播，而非传统的光纤中的玻璃介质。
这种特殊的传输方式使得光子晶体光纤具有许多独特的性质，例如低损耗、高带宽、抗弯曲、耐高温等。
由于光子晶体光纤的结构灵活性，可以通过改变空气孔的大小、形状和排列方式等，实现对光波传输特性的精确调控，进一步拓展其应用范围。
光子晶体光纤的基本原理是基于光子带隙效应和光子局域化，通过特殊的结构设计实现光波的高效传输和控制。
这种光纤具有许多独特的性质和应用前景，是光通信领域的重要研究方向之一。
三、光子晶体光纤的应用领域光子晶体光纤作为一种独特的光传输媒介，其应用领域广泛而深远。
光子晶体光纤的光子带隙导波效应研究
光子晶体光纤的光子带隙导波效应研究光子晶体光纤是一种基于光子晶体结构的新型光导波器件，其独特的光学特性使其在光通信和光子集成领域具有广泛的应用前景。
其中，光子带隙导波效应是其关键特性之一，对于了解光子晶体光纤的传输特性和设计新型光纤器件具有重要意义。
光子晶体光纤是一种周期性控制折射率的光导波结构。
通过调节光子晶体结构中介质材料的周期性和折射率差异，可以使得特定波长的光在光子晶体光纤中形成带隙（禁带），从而实现光波的完全反射。
这一特性可以用来实现光信号的传输和控制，从而在光通信系统中发挥重要作用。
首先，我们需要了解光子晶体光纤的光子带隙。
光子带隙是指在光子晶体材料中存在的不允许特定频率范围内光的传播的禁带区域。
光子晶体光纤通过调控这一禁带，使得特定波长的光在其中无法传播，从而实现了波导导模的选择性。
光子带隙导波效应是指当光子晶体光纤中的波长处于光子带隙范围内时，光波被束缚在光纤核心中，沿光纤传播。
这种导波现象与传统的多模和单模光纤不同，光子晶体光纤中的导波效应主要依赖于光子带隙的存在。
晶体光纤的光子带隙导波效应可以通过两种机制实现：布里渊散射和衍射耦合。
布里渊散射是光子晶体光纤中光与晶格振动相互作用而发生的散射现象，可以将光能量转化为声子能量。
衍射耦合是指光子晶体光纤中的介质周期性结构与光波的衍射相互作用，使光波在光纤中的传播方向发生变化。
光子晶体光纤的导波特性与其结构和参数有关。
通过设计合适的光子晶体结构和调控光子晶体光纤的折射率分布，可以实现不同波长处于不同位置的光波的导波效果。
这为光通信和光子集成提供了更多的可能性。
在实际应用中，光子晶体光纤的光子带隙导波效应为光通信系统的设计和光子集成器件的制备提供了新的思路。
例如，在光通信系统中，光子晶体光纤可以用作传输通道，具有低损耗和高速率的特点。
在光子集成器件方面，光子晶体光纤可以用来制备滤波器、耦合器、光开关等器件，实现光信号的调控和控制。
但是，光子晶体光纤的应用还面临着一些挑战。
光子晶体材料的光学性能与应用
光子晶体材料的光学性能与应用一、光子晶体材料的基本概念与结构特性光子晶体材料是一种具有周期性结构的纳米材料，其作为一种介电或者半导体的散射体，可以表现出对特定波长光的衍射效应。
光子晶体材料的结构特点主要体现在其周期性排列的孔隙结构中，这种结构在电子周期性晶格结构的基础上发展起来。
光子晶体材料可以通过不同的方法制备，包括模板法、溶胶-凝胶法、颗粒堆积法等。
光子晶体材料的结构特性主要包括带隙、全反射、光波导等。
带隙是光子晶体材料最为重要的性质之一，它是光子晶体材料具有光学功能的基础。
带隙指的是在光子晶体材料中，存在禁带区域，这个区域中不会有特定波长的光传播。
而在带隙之外，光的传播就是可能的。
通过选择不同的材料、孔隙大小和周期性结构，可以实现对光波长的调控和调制，从而获得想要的光学性能。
二、光子晶体材料的光学性能光子晶体材料的光学性能可以通过调控其带隙特性来实现。
带隙的大小和位置可以通过调整晶格常数、孔隙大小和孔隙分布来改变。
通过改变光子晶体材料的这些参数，可以获得不同的光学性能。
光子晶体材料可以实现光子波导和光子点阵的功能。
光子波导是指通过适当设计的光子晶体结构，使得特定波长的光在其中可以传播，并在其末端输出。
光子波导可以应用于光纤通信、光子逻辑与计算等领域，具有很大的应用潜力。
光子点阵是一种控制光波传播的光子晶体结构。
通过调控光子晶体点阵的结构，可以实现对光波传播的调制和控制，从而实现光学信号处理等功能。
光子点阵还可以应用于制备光子晶体激光器、光调制器等光学器件，对于光学通信和信息处理技术的发展有重要意义。
三、光子晶体材料的应用领域光子晶体材料由于其特殊的光学性质，在各个领域都有着重要的应用。
以下将重点介绍其在光通信、光传感和光储存等领域的应用。
1. 光通信光子晶体材料可以作为光波导和光调制器的材料，应用于光通信领域。
光波导可以实现高速、低损耗的传输特性，用于替代传统的铜线传输。
光调制器可以实现光信号的调制和调控，为光通信系统提供更大的灵活性和容量。
光子高阶轨道角动量制备_调控及传感应用研究进展_陈理想
© 2015 中国物理学会 Chinese Physical Society 164210-1
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 16 (2015) 164210
地, 当 ℓ = ±3 时, 该螺旋结构还非常类似于意大利 面, 如图 1 (e) 所示. 1995 年, 澳大利亚 Queensland 大学研究组首次实验观测到了轨道角动量从光束
网络出版时间：2015-07-06 14:36 网络出版地址：/kcms/detail/11.1958.O4.20150706.1436.009.html
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 16 (2015) 164210
专题:
光子高阶轨道角动量制备、 调控及传感 应用研究进展∗
陈理想 † 张远颖
361005) (厦门大学物理学系, 厦门
( 2015 年 3 月 23 日收到; 2014 年 5 月 4 日收到修改稿 )
光子既是经典信息也是量子信息的理想载体. 单个光子不仅可以携带自旋角动量 (与光波的圆偏振相 关), 还可以携带轨道角动量 (与光波的螺旋相位相关). 而轨道角动量的重要意义在于可利用单个光子的量子 态构建一个高维的 Hilbert 空间, 从而实现高维量子信息的编码. 自 Allen 等于 1992 年确认光子轨道角动量的 物理存在以来, 轨道角动量在经典光学和量子光学领域展现了诸多诱人的应用前景, 目前已成为国际光学领 域的研究热点之一. 本综述将着重介绍高阶轨道角动量光束的制备与调控技术, 特别是高阶轨道角动量的量 子纠缠态操控、 旋转 Doppler 效应测量及其在远程传感和精密测量技术中的应用.
光子晶体中的光学现象
光子晶体中的光学现象光子晶体，是一种具有周期性结构的材料，它由周期性排列的禁带区（空气或某种材料）和高折射率的介质组成。
在光子晶体中，由于其特殊的结构和光的干涉效应，产生了一系列引人注目的光学现象。
首先，光子晶体中存在的光子带隙效应是其最显著的特征之一。
光子带隙是指在某个频率范围内，光的传播受到禁止，光子无法穿过晶格结构而被反射或吸收。
这意味着在光子带隙范围内，特定频率的光无法传播，而其他频率的光可以自由穿过光子晶体。
这种带隙效应使光子晶体在光学器件中得到广泛应用，例如制备光电探测器和光纤通信中的光纤滤波器。
其次，光子晶体具有负折射率特性，也就是通常所说的“逆向折射”。
传统的材料在电磁波传播过程中都会表现出折射现象，即电磁波传播速度改变导致传播方向偏转。
而光子晶体中的负折射率材料则会导致电磁波传播方向与其传播速度反向。
这种反常的折射现象为制备超透镜、超材料和隐身技术提供了理论基础。
光子晶体中还存在着频率变换效应。
频率变换是指当光穿过光子晶体时，其频率发生改变。
这一现象可以通过光子晶体的非线性效应来实现。
非线性效应，简单来说，就是材料的光学性质与光强成非线性关系。
在光子晶体中，当光通过时，由于光的频率和幅度的关系，会导致光子晶体内的光频率的改变。
这种频率变换效应在光谱学、光通信和光储存等领域具有重要的应用潜力。
此外，光子晶体还展现出一系列光线的传播方式，如光的弯曲、衍射和散射等。
光子晶体中的光线传播可以被描述为类似电子在晶格中的行为，即光子在光子晶体空间周期性结构中传播的特定路径。
由于光子晶体特殊的几何结构，光可以在晶格中被限制、控制和操纵。
这为光学显微镜、光学波导和激光器设计提供了新的思路和方法。
最后，光子晶体中的声光效应也是光学领域中一个备受关注的课题。
声光效应是指声波和光波之间的能量转换和耦合现象。
光子晶体的特殊结构能够实现声光耦合的效应，使得通过声波的操控能够影响到光的传播和特性。
声光效应在光学信息处理、声光调制器和光声显微镜等方面有着广泛的应用。
光子带隙效应
光子带隙效应
光子带隙效应指的是当一个光子进入具有能带结构的固体时，它
能被固体中的电子吸收，从而导致电子跃迁。
在能带结构中，能带间
存在带隙，该带隙使得电子在一定能量范围内无法存在。
当入射光子
的能量恰好等于或大于这个带隙的能量时，光子将被吸收，并激发一
个电子从价带跃迁到导带，形成了一个电子-空穴对。
光子带隙效应在固体材料的光电转换、光加工和光探测等领域起
着重要作用。
通过调节入射光子的能量，可以实现光电转换，将光能
转化为电能。
光子带隙效应也用于光电加工领域，通过吸收光子并激
发电子跃迁，可以改变材料的电学、磁学或结构性质。
此外，光子带
隙效应还可用于光探测器的设计，通过光子的吸收与电子跃迁来实现
信号的检测与放大。
不得不提的是，光子带隙效应也存在一些挑战。
由于固体材料的
能带结构特点各异，光子带隙效应的实现需要选择合适的材料。
此外，光子带隙效应也受到材料缺陷和杂质的影响。
因此，在研究和应用中
需要深入理解光子带隙效应的基本原理，并针对不同的材料和应用场
景做出相应的优化与调控。
总的来说，光子带隙效应是固体材料中光与电子相互作用的重要
现象之一。
通过光子的激发和电子的跃迁，它在光电转换、光加工和
光探测等领域具有广泛的应用前景。
凝聚态物理学中的光子晶体和光子带隙材料
凝聚态物理学中的光子晶体和光子带隙材料凝聚态物理学是研究物质的宏观性质以及微观粒子之间相互作用的学科。
在这个领域里，光子晶体和光子带隙材料是两个备受关注的研究方向。
光子晶体是一种具有周期性结构的材料，它的周期与光的波长相当。
在光子晶体中，光的传播受到布拉格散射的影响，因此光的波矢与光子晶体的布拉格矢量具有一定的关系。
这样的结构可以产生光子带隙，即一定范围内的频率光无法在光子晶体中传播。
光子晶体的这种特性使得它在光学和光电子领域有着广泛的应用。
光子晶体在光学通信、传感器、光谱仪等领域有着广泛的应用。
光纤通信中的光纤传感技术就是利用光子晶体中的光子带隙效应来实现的。
传感器将事物的变化转化为光信号的变化，并通过光纤传输到接收端进行检测。
由于光子晶体的光子带隙可以选择不同的频率范围，因此可以设计出用于不同传感应用的光子晶体材料。
除了光学通信和传感器，光子晶体还有着其他许多应用。
在光谱仪中，光子晶体可以作为光栅来选择特定的波长，从而实现光谱的分析。
此外，在光子集成电路中，光子晶体可以被用作光波导，实现光信号的传输和处理。
光子晶体的这些应用使得它在信息技术领域发挥着重要的作用。
与光子晶体不同的是，光子带隙材料是一种通过调制介质的电磁性能来实现光子带隙的材料。
与光子晶体不同，光子带隙材料的周期结构可以是连续变化的。
这种材料在光学领域有着广泛的应用，例如光学滤波器、光学镜片等。
光子带隙材料的这些应用使得其在光学设备制造和激光技术领域具有重要的作用。
光子晶体和光子带隙材料的研究已经取得了很多进展，但仍然存在许多挑战和待解决的问题。
例如，在设计光子晶体时需要考虑材料的制备工艺和性能优化。
另外，如何进一步提高光子晶体的带隙宽度和稳定性也是一个重要的研究方向。
此外，如何将光子晶体和光子带隙材料应用于实际设备中也是一个重要的问题。
总之，光子晶体和光子带隙材料是凝聚态物理学中备受关注的研究方向。
它们在光学和光电子领域有着广泛的应用，如光学通信、传感器、光谱仪等。
空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的设计、制备及应用
一、空芯光子带隙的概念空芯光子带隙是一种在光子晶体中出现的现象，它是指在光子带隙中心波长处，光在光子晶体中无法传播的现象。
这种现象是由于在光子带隙中心波长处，光子晶体的禁带宽度大于光的波长，导致光无法穿透光子晶体的内部，只能沿着光子晶体的表面传播。
空芯光子带隙具有许多优异的光学特性，如超大的模式面积、低损耗、高非线性等特点，因此在光通信、传感、激光器等领域具有广阔的应用前景。
二、空芯光子带隙光纤的设计原理1. 空芯光子带隙光纤的结构空芯光子带隙光纤是利用光子带隙效应设计制备的一种新型光纤，其结构是在光子晶体中形成一个空心的凹槽结构，使得光在凹槽中无法传播，只能沿着光子晶体的表面传播。
这种结构使得空芯光子带隙光纤具有极低的损耗和超大的模式面积，适用于传输波长范围非常广泛的光信号。
2. 空芯光子带隙光纤的设计原理空芯光子带隙光纤的设计原理是利用光子带隙效应限制光在光子晶体中的传播，形成一个空心结构，使得光只能沿着空芯光子带隙光纤的表面传播。
通过合理设计光子晶体的结构参数，可以实现对空芯光子带隙光纤的光学性能进行调控，使其适用于不同波长范围的光信号传输和操控。
三、空芯光子带隙光纤的制备技术1. 光子晶体的制备空芯光子带隙光纤的关键在于光子晶体的制备，通常采用的制备技术包括光子晶体的自组装、光子晶体的纳米加工等方法。
通过这些方法可以制备出具有特定结构参数的光子晶体，用于制备空芯光子带隙光纤。
2. 空芯光子带隙光纤的制备空芯光子带隙光纤的制备通常采用微纳加工技术，通过对光子晶体进行纳米加工，形成空心的凹槽结构，从而实现空芯光子带隙光纤的制备。
制备出的空芯光子带隙光纤具有均匀的结构和优异的光学性能。
四、空芯光子带隙光纤的应用前景1. 光通信领域空芯光子带隙光纤由于具有超大的模式面积和低损耗的优异光学性能，因此在光通信领域具有广泛的应用前景。
它可以应用于长距离、高速率的光通信系统中，实现可靠的光信号传输和操控。
空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的设计、制备及应用
空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的设计、制备及应用空芯光子带隙及空芯反谐振光纤是一种新型的光纤结构，具有许多独特的光学性质和潜在的应用价值。
本文将围绕空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的设计、制备及应用展开讨论，其中将重点介绍其原理、制备方法和潜在的应用领域。
一、空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的原理空芯光子带隙是一种由周期性的折射率变化所形成的禁带结构，其中电磁波受到禁带的限制而无法传播。
空芯反谐振光纤则是利用这种禁带结构，通过微纳加工技术在光子晶体材料中制备出的一种特殊的光纤结构。
其原理是在光子带隙的范围内，光的传播受到禁带的限制，从而形成反谐振效应，能够实现光的波长选择性传输。
二、空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的制备空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的制备主要基于微纳加工技术，包括离子注入、激光照射、干法蚀刻等方法。
具体来说，制备空芯反谐振光纤需要通过精密的微纳加工工艺，在光子晶体材料中形成一系列的微纳结构，以实现光的禁带效应和反谐振效应。
三、空芯光子带隙及空芯反谐振光纤的应用1. 光传感器空芯反谐振光纤可作为高灵敏度的光传感器，通过控制反谐振效应实现对特定波长的光信号的传感和检测。
2. 光学通信在光通信系统中，空芯反谐振光纤能够实现光波长选择性的传输，可以用于波分复用和光信号调制。
3. 激光器空芯反谐振光纤结构可以被用于构建具有特定波长特性的激光器，实现对特定波长的激光输出。
4. 生物医学应用空芯反谐振光纤的高灵敏度和波长选择性传输特性使其在生物医学领域有着广泛的应用前景，例如生物分子的检测和成像等。
四、结语空芯光子带隙及空芯反谐振光纤作为一种新型的光纤结构，具有独特的光学性质和潜在的应用价值，其设计、制备及应用都是当前光学领域的研究热点。
随着微纳加工技术的不断进步和光纤技术的发展，相信空芯光子带隙及空芯反谐振光纤必将在光学通信、光传感、激光器和生物医学领域等方面发挥重要作用，为光学科学和相关技术领域的发展做出更大的贡献。
光子晶体的新材料及应用
光子晶体的新材料及应用光子晶体是一种由一维、二维或三维周期性结构组成的材料。
光子晶体具有多种优良的光学特性，如光子带隙、负折射率、高色散等，因此在光学器件和光子学中有着广泛的应用。
一、光子晶体的制备方法目前，光子晶体的制备方法主要有自组装法、光刻法、溶胶-凝胶法、电化学法、离子束法和模板法等。
其中，自组装法是目前最常用的制备方法之一，它将聚集的矽烷或金属离子自发排列成三维光子晶体结构，在光子带隙的位置会出现光的反射与折射，形成有特殊光学性质的材料。
二、新型光子晶体材料1、量子点光子晶体量子点是一种极小尺寸的材料，具有发光和荧光性质，并具有尺寸效应等特性。
将量子点与光子晶体结合起来可制得量子点光子晶体材料，拥有多个光子能带隙和多重发光谱的特性，有望广泛应用于生物医学成像、信息存储、光电器件等领域。
2、纳米线光子晶体纳米线光子晶体是由一维或二维有序排列的纳米线构成的光子晶体材料，拥有很高的表面积和与光相互作用的有效面积。
纳米线光子晶体的光电性能在光传感和太阳能电池等领域有广泛应用前景。
3、金属有机骨架光子晶体金属有机骨架（MOF）是一种由金属离子和有机小分子通过共价键或配位键链接构成的材料。
研究人员发现，MOF可作为一种新型、有前途的光子晶体材料，用于气体分离、药物运载、光催化和光采集等方面。
三、光子晶体的应用光子晶体具有多种优异的光学特性，因此在各种光子学器件和光学器件中有广泛的应用，如激光、光通信、光传感、光敏器件、太阳能电池等。
以下是几个典型的应用案例：1、光子晶体光纤光子晶体光纤是一种用于光通信和制备光纤传感器的新型光学芯片，其特点是有多个光子带隙，能抑制传输波长的传输，避免光的散射和衰减，可大幅提高光纤传输信号的稳定性和精度。
2、光子晶体传感器光子晶体传感器是利用光子晶体的光学结构和生物分子的相互作用实现物质检测的传感器。
它不仅具有高灵敏度、快速响应和高可重复性的优良特性，而且可以实现对多种不同物质的高效检测。
光子晶体与光子带隙结构研究
光子晶体与光子带隙结构研究过去几十年里，光子晶体与光子带隙结构的研究一直备受关注。
这些研究不仅对于理解光的传播和控制，还具有广泛的应用前景，例如在光子学器件和光通信领域。
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的光学介质，其导致了特殊的光学性质。
而光子带隙则是光子晶体中禁止光的一定频率范围，类似于半导体物质中的电子带隙。
下面将探讨光子晶体的基本原理以及光子带隙结构的研究进展。
光子晶体的基本原理是通过周期性的介质折射率变化来控制光的传播。
在一维光子晶体中，介质的折射率具有周期性的变化。
当光传播的波长与光子晶体的周期相匹配时，光会被光子晶体中的周期性结构所衍射。
这种衍射效应导致了光子晶体中的光子带隙。
光子带隙可以理解为光在空间中的一种传播受限。
在光子晶体中，光传播的波长必须满足特定的条件才能通过光子晶体。
波长较短的光无法通过较大的周期性结构，而只能在晶格中传播。
这样，光子晶体在特定的频率范围内形成光子带隙，其中不允许光的传播。
这种性质使得光子晶体成为强大的光学控制工具。
光子带隙结构的研究在过去几十年里取得了巨大的进展。
最初，光子带隙的发现和研究主要集中在二维光子晶体中。
通过纳米加工技术，科学家们成功地制造出了具有微米尺寸的周期性结构，从而实现了光子带隙的控制。
这些二维光子晶体具有独特的光学性质，例如低折射率、高透明度和光子带隙的存在。
随着技术的发展，人们开始研究更加复杂的三维光子晶体。
三维光子晶体不仅具有二维光子晶体的性质，还能在更大的波长范围内控制光的传播。
这种控制不仅可以实现光子带隙，还可以在光子晶体中形成多种复杂的光学模式。
这为光学材料的设计和应用提供了新的可能性。
光子带隙结构的研究还涉及到材料的选择和制备技术的发展。
目前，人们正在研究各种材料，例如半导体、金属和聚合物，以实现特定波长范围内的光子带隙。
同时，纳米加工技术的进步也为制造具有复杂结构的光子晶体提供了可能。
除了基础研究，光子带隙结构在实际应用中也具有广阔的前景。
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项目名称：光子带隙调控、新效应及其应用首席科学家：xxx起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部上海市科委二、预期目标总体目标：围绕光子晶体的带隙调控、新现象及其应用，研究光子晶体带隙调控新机理和新现象，如特异材料及复合周期性结构和关联光子学微结构阵列；研究光子人工微结构集成回路的调控机理与新现象，如光子晶体和亚波长金属周期微结构中高品质微腔、对量子受限系统中的受激激发和自发辐射过程的影响、量子信息的制备和调控等。
研究光子晶体中光调控新效应与潜在应用研究，如三维光子晶体的光调控新效应、非线性光子晶体的光调控新效应、光子局域共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应等。
通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。
五年目标：1.设计与制备微波波段特异材料，利用特异材料及其复合周期结构的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件如新型飞行器天线罩、用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。
2.设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器。
3.设计与制备亚波长金属周期微结构与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新跃迁激发原理和吸收现象，研制新型红外波段探测器。
4.设计与制备光子学微结构阵列，利用非线性光子学微结构阵列的特殊带隙结构和光调控效应，研制新型光调制器件如光开关。
5.发表一批高质量学术论文，形成一批有自主知识产权的专利技术。
三、研究方案学术思路：本课题以未来信息技术为目标，从学科前沿与国家需求有机结合点出发，紧密围绕光子晶体的带隙调控与新现象这一中心任务，将材料制备、测试和表征、理论分析和器件应用等有机结合起来，针对具体的关键科学问题进行系统和深入的研究和探索。
在科研队伍的组织上，注重知识结构的互补匹配，实行理论设计、制作、表征等的合理搭配和密切结合，形成最佳搭配。
在研究力量的调配上，最大限度地起用活跃在科研第一线的、有能力的年轻人才。
在研究工作中注重实验研究与理论研究密切结合；材料制备与器件研制密切结合；基础研究与应用研究密切结合。
在关注基本概念的提出、基本模型和基本理论建立的同时，进行有重大应用前景的新材料、新器件原型的研制。
通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。
技术路径：创新点与特色、取得重大突破的可行性：在研究工作的三个不同层面上，本项目具有明显的特色并具备了取得突破的研究基础。
（1）光子晶体带隙调控新机理和新现象的研究。
形成光子带隙结构有多种不同的机制，过去的研究工作主要集中在周期结构中的Bragg散射机制。
本项目的创新点之一是围绕非传统机制（如非线性、隧穿）和非传统结构（如手性、梯度分布）展开光子带隙的调控机理及其新效应研究。
（2）光子人工微结构集成回路的调控研究。
在过去的许多工作中，对光子和电子两种最重要的载流子的调控方式是独立进行的：即利用量子受限系统调控电子的行为，利用光子人工微结构如光子晶体或亚波长金属周期微结构调控光子的行为。
本项目的创新点之二是研究光子人工微结构与电子量子受限系统复合结构的光电耦合调控机理与新现象。
（3）光子晶体中光调控新效应与应用研究。
过去的研究工作，大量地集中在二维光子晶体调控行为、集中在周期性结构的带隙结构和调控作用、集中在光子晶体的线性效应，而对三维光子晶体的调控行为、非周期和共振耦合结构的带隙结构和调控作用、光子晶体的非线性效应等问题关注较少。
本项目的创新点之三是研究特殊结构光子晶体光调控新效应及其潜在应用。
本项目的主要参与单位对光子晶体进行了多年研究，取得了一批独创性的成果。
另外，本项目的研究队伍还承担了重大科学研究计划（量子调控研究计划）项目“光子晶体的带隙调控机理与新现象研究”（起止日期：2006.12－2010.8）研究工作。
在该项目的支持下，我们在上述三个层面取得了一批有特色的初步研究成果。
这些成果一方面为本项目更进一步深入研究打下了基础；另一方面前期研究工作培育出一些在国际上有特色和影响的新生长点，这为我们取得有重大影响的研究成果提供了突破口。
另外，通过第一期量子调控研究计划项目的支持，项目各课题组的相关技术储备和研究条件均得到了很好的充实发展，而且课题组之间形成了良好的有机合作关系。
（具体情况详见项目申请书的“现有工作基础和条件”及“研究队伍”两个部分）这些前期工作形成的条件和基础，将能够保证我们顺利完成本申请项目的预期研究目标。
课题设置课题设置的思路是：深入了解光子晶体的基本物理作用原理和过程、材料选取和制作方法和工艺等，发现新现象和新效应等，并在此基础上以国家需求为牵引，进行原理性器件的探索研究。
课题的设置按不同层次分为：光子晶体带隙调控新机理和新现象的研究、光子人工微结构集成回路的调控研究、光子晶体中光调控新效应与应用研究。
本项目分解成以下四个课题，相互之间有机结合、相互支撑。
各课题组在三个层面参与研究内容情况如下图所示，其中线条粗细代表参与程度（例如最粗线条表示承担的最主要研究任务）。
课题一、特异材料及复合周期性结构的带隙调控、新效应及其应用研究特异材料及相关复合结构（如正－双负材料复合周期结构、电单负－磁单负复合周期结构、异质结构等）对电磁波的调控作用。
研究重点为材料的设计、制备和表征；非传统机制（如隧穿机制）和非传统结构（如非周期、梯度结构）的光子带隙形成机理及其对电磁波的调控作用；奇异缺陷模式和界面模式的形成机理及其对电磁波的调控作用；特异材料共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应影响等。
具体研究内容和目标如下：（1）双负材料及相关复合结构的带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式形成机理及其对电磁波脉冲传播过程的调控作用。
主要研究由双负性材料和正常材料构成的周期、准周期及非周期等结构中电磁波的群速度、脉冲延迟和脉冲形变等输运问题，建立与完善基于微带及共面波导的特异材料制备与测试平台。
通过材料色散关系的选取、各成分排列次序和组合规则的选择以及实验参数的误差控制等对电磁波在双负材料中的传输特性及其潜在的实际应用进行更为深入的研究。
（2）单负材料及相关复合结构的带隙结构形成机理及其对电磁波脉冲传播过程的调控作用。
主要研究由电单负材料和磁单负材料构成的周期、准周期及非周期等结构中电磁波的群速度、脉冲延迟和脉冲形变等输运问题。
研究两种单负材料界面处高度局域的隧穿模的形成机理及其对电磁波的调控作用，如基于隧穿模式的耦合作用、分频作用等。
重点研究结构参数以及两种单负材料色散关系的选取与组合对上述隧穿模式局域特性的影响、隧穿模局域程度的表征方法等问题。
（3）特异材料微结构中的量子光学过程及其经典对应。
研究处于该结构中原子系统的辐射特性以及光子的量子调控行为，揭示特异材料对光子行为的修饰作用以及量子光学过程的影响。
研究局域共振结构诱导的光调控新效应，如量子光学中的原子跃迁吸收电磁感应透明、原子自发辐射量子干涉抑制等现象在光子晶体中的经典对应。
研究特异材料微结构对宏观量子现象如Casmir力的调控机理。
（4）利用特异材料及其复合周期结构的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件，如利用隧穿效应研制新型飞行器天线罩、利用动力学调控特异材料研制用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。
（5）发表论文20－30篇，申请专利5－7项，提供一到两项演示性原理器件。
承担单位：xxx项目负责人：xxx主要学术骨干：xxx经费比例：24％课题二、光子晶体中光传输新效应及其应用研究主要研究三维光子晶体缺陷的引入与三维光波导和微腔的设计与制备，从而实现在三维空间内对光子的操控，为三维光子晶体器件的发展提供物理基础；发展全光集成光路中光子晶体波导和微腔的理论体系，研制基于光子晶体的光子集成回路；发展光子晶体与电子量子受限系统复合结构中光电耦合理论，研究微纳结构光子晶体中光量子调控产生激光的基本过程，研制光子晶体激光器；研究特殊结构光子晶体如具有手征特性的磁光光子晶体的光调控新效应。
具体研究内容和目标如下：（1）微波波段三维光子晶体中三维光网络及集成光学器件的研究。
深入探索和完善三维 woodpile光子晶体结构中三维光传输控制网络和光学器件的设计、构建和测量；构建二维/三维混合结构光子晶体，并在此结构中设计并实验实现各种三维光传输网络和三维结构的光学器件；探索三维光子晶体中的慢光效应和新颖量子光学效应。
（2）磁光光子晶体特性及光传输新现象和新效应的研究。
分析磁场对光子晶体能带结构产生的影响和能带变化对各种光学现象的影响; 分析磁光光子晶体中引入各种缺陷如点缺陷、线缺陷等所产生的光学现象，重点考察由于时间反演对称破缺引起的电磁波边缘态产生和单向传输现象，以及在波导中引入障碍物对单向导通的影响; 探索在普通电介质光子晶体中引入各种磁光材料构成的缺陷，如点缺陷、线缺陷等产生的新奇电磁波传输现象。
（3）光子晶体高Q纳米微腔及其与量子体系相互作用的研究。
发展纳米加工技术和微区精密光谱测量技术，制作基于硅平板的二维光子晶体微腔，测量其光学特性，摸索工艺过程，提高微腔的品质因子；探索光子晶体高Q纳米微腔与原子或者半导体量子点相互作用，分析基本的量子光学物理量的变化性质，包括Rabi分裂，自发辐射寿命等；分析高Q微腔里调控光与量子态耦合作用的各种物理机制，探索将量子态的调制与光子集成器件相结合的物理方案和技术路线。
（4）新型光子晶体激光产生原理及器件的研究。
研究特殊结构光子晶体如Anderson光子晶体中，新型激光振荡产生的基本过程；通过理论和实验研究光子人工微结构中光子态对量子受限结构电子态的布局分布、位相调制和辐射跃迁的新效应，发展光子晶体与电子受限系统复合结构中的光电耦合理论；通过分析特定激光振荡模式在光子晶体中的局域特性、共振隧穿特性、反常色散特性、慢光特性等，探索获得高性能激光的基本原理及设计思想；设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器；研究和完善新型激光光源的测试原理和方法。
（5）在国内外申请发明专利5－7项，在SCI杂志上发表论文20－30篇。
承担单位：xxx项目负责人：xxx主要学术骨干：xxx经费比例：30％课题三、关联光子学微结构的非线性光学特性与调控机理研究主要围绕关联光子学微结构的新型可控制备和非线性光学特性及其调控的新原理、新技术和新效应开展研究。