[NSFC]光子带隙调控、新效应和其应用.docVIP

项目名称： 光子带隙调控、新效应及其应用 xxx 起止年限： 2011.1至2015.8 教育部 上海市科委   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。 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。 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。 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出一些特色的新生长点 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： 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。 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