项目名称: 基于微纳光子超结构的若干量子力学—光子学类比研究

项目编号: No.11274083

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 肖君军

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 75万元

中文摘要: 与电子不同,光子不具有依赖于电荷及自旋的外场响应特性,这限制了光路元件的开发。对微纳光子结构进行合理的设计和审慎的空间排列,可实现在可见光波段的各种光路元件。本项目利用量子力学-光子学类比原理,提出具有空间特征渐变及跨尺度关联特点的微纳光子结构的一些基本模型。通过分析其中的正则、准正则耦合模来揭示其对光场的调控特点;同时,发展快速多级展开边界元法,结合有限元法和时域有限差分法对此类人工光子超结构进行全波电磁计算,深入研究其内光波包振荡、隧穿、及相干干涉等动力学效应,理解由尺度变化及空间非周期关联排列所诱导的"外场响应"和色散管理机制。在此基础上,重点阐明若干固体量子物理与经典光子学类比现象的异同,包括Bloch振荡、Zener隧穿、Zeno动力学等;归纳光子体系里用空间演化替代量子体系里时间演化的一般规律。本项目不仅具有一定理论价值,还为开发具有非一般功能的光子器件提供理论指导和实验依据。

中文关键词: 量子力学—光子学类比;Fano共振;相干作用;耦合模理论;

英文摘要: In opposite to electron, photon has no external-field-responsive characteristics that originate form either charge or spin. This dramatically hinders the development of optical circuits. However, photonic nanostructures, when properly designed and judiciously arranged, could behave as nanoscale lumped circuit elements at optical frequencies. In this proposal, we firstly put forward several models of spatially graded and multi-scale correlated photonic sturctures (photonic super-strutures), utilizing certain quantum-optical analogies. By analyzing the normal and quasi-normal supermodes in such artificial structures, we shall reveal the preliminary mechanisms of their manipulation on electromagnetic waves. Meanwhile, by full-wave electromagnetic computational tools using fast multiple multipole/boundary elemnet method (FMM-BEM), finite element method (FEM), and finite-difference time-domain (FDTD) method, we would extensively and systematically study the optical wavepacket dynamics such as oscillations, tunneling, and coherent inteference in them, particularly to understand the "field-responsive" effects and the unusual dispersion management induced by scale variation and/or spatially aperiodic arrangement. In addition, we will explore the similarites and differences between several solid-state quantum phenomena a

英文关键词: Quantum-optical analogy;Fano resonance;coherent interactions;coupled mode theory;

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