[01079575]超构材料光子芯片

该项目成果属于光学领域光子学与集成光学方向。 信息科学的进步对人们生活产生深刻的影响，信息的载体主要是电子和光子。电子集成芯片已经取得了巨大的成功，相比之下，光子集成技术却要落后很多。由于光子波长比电子大很多，光子集成面临很多基础物理问题和技术挑战。近些年来，为了实现光子集成芯片，人们提出了各种新型人工微结构材料，包括：光学超晶格，光子晶体，表面等离激元，光学超构材料等。其中光学超构材料是国际上研究的热门领域。光学超构材料的基本方法是利用各种纳米结构单元，在亚波长尺寸上突破衍射极限，实现光子调控。该项目组近十几年的研究主要是结合光子集成的国家重大需求和超构材料的国际前沿领域，围绕超构材料光子芯片开展工作，主要在以下两个方面取得了突破： 一、首先揭示了光学超构材料中磁共振耦合效应的基本规律，并建立了理论模型。早期光学超构材料的研究，主要采用等效介质模型，不考虑结构单元之间的近场耦合作用，而把超构材料的宏观性质看做是很多单元体积平均效应的结果。项目组在国际上首先将磁共振耦合效应引入光学超构材料，系统地研究这种耦合效应对光子的传输特性的影响。项目组从理论上预言并实验证实了光学超构材料中磁共振单元之间耦合杂化所导致的空间手性与立体异构，磁共振单元之间电流交互作用所导致亚波长波导传输，磁共振微腔中电子集体振荡导致负光压，磁共振与等离激元干涉所导致的非线性三倍频增强效应等。耦合超构材料已经吸引了许多研究组的兴趣，成为超构材料的主流方向。 二、首次在可见光波段利用变换光学超构材料成功模拟弯曲时空效应。理论物理学家提出变换光学方法，利用超构材料模拟弯曲时空中光子态的演化行为，可以实现光子态的操控和新型集成光子芯片。变换光学在理论上有很多新奇设计，但在实验技术方面却面临很大挑战，许多理论设计很难在实验中真正实现。2013年，项目组在变换光学实验技术方面取得突破，利用液体表面张力自组织加工技术，在聚合物变换光学波导中成功实现了光子黑洞(Nature Photonics 2013),爱因斯坦环、共形自聚焦透镜。最近几年又将光自旋引入变换光学芯片，实现了动态自旋干涉全息、弯曲时空Rindler波束、拓扑宇宙弦等变换光学器件。 该项目历时9年，发表SCI论文52篇，8篇代表性文章发表在Nature Photonics, PRL等期刊，SCI他引426次，最高单篇SCI他引127次。主要成果获2014年王大珩光学科技奖，2015年江苏省光学科技奖，2014年中国光学重要成果，2018年中国光学科技奖一等奖。项目组发表的文章在国际产生了一定的影响，其中变换光学芯片的工作受到国际科学媒体关注和报道，著名超构材料专家Leonhardt教授评价该工作是“第一次用光学材料精确模拟爱因斯坦方程，非常漂亮地演示了广义相对论的部分思想”