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光电工程系双各向异性材料波导和非厄米耦合模理论的研究工作获得进展

作者: 时间:2015-10-21 点击数:

先进的纳米制造工艺技术为人类认识、改造以及利用微观世界提供了前所未有的平台。人造超材料正是利用纳米制造技术获得的纳米尺度上的人工材料,它具有能够产生许多新奇的光学现象,如光学隐身,负折射现象等等。双各向异性材料是一种特殊的人造超材料,通常情况下,电位移矢量D仅和电场有关,磁感应强度B和磁场有关,如果D和B与电场和磁场都有关系,且均为各向异性,这就是为双各向异性材料。由于双各向异性材料能将电场和磁场耦合在一起,因此这一类人造超材料与传统人造超材料相比,又获得了新的自由度。双各向异性人造超材料能够产生更多新奇的光学现象,如光的单向传输特性。

光学与电子信息学院光电工程系徐竞和陈云天副教授对双各向异性材料进行了初步研究。他们提出了研究双各向异性材料的有效有限元模型,并据此展开了对单模和多模双各向异性波导的研究。研究发现了一种有效的偏振选择机理,使得波导理论上可以在几个波长的作用距离内实现对一种线性偏振态的大幅度抑制(>30dB)。而两种正交的线偏振态在通常的各向同性波导以及手性波导里都是简并的。研究更进一步发展了一种基于耦合模的微扰理论,能够很好的解释有限元数值仿真得到的偏振选择机理,以及更多关于双各向异性波导的奇特物理现象。基于这项工作能够研发有效的片上光起偏器,这对构建集成光子芯片具有很高的使用价值。该工作发表被Optics Express(影响因子3.488)发表(vol. 23, no. 9, pp. 11570-11575,2015)。

该小组进一步对经典的耦合模理论进行了扩展,使其适用于非厄米的耦合光学系统。传统的耦合模理论基于的是模式之间的能量的正交性,而非厄米系统如含有增益和损耗则不满足该正交性,因此无法用传统的耦合模理论进行分析、演绎。基于作用量守恒原理(即互易性原理), 通过引入标量内积,该小组建立了一套适用于厄米及非厄米系统的通用耦合模理论,成功的解释了含增益损耗的双波导结构的模式色散曲线,该工作该工作发表被Optics Express(影响因子3.488)发表(vol. 23, no. 17, pp. 22619-22627,2015)。

上述工作得到了自然科学基金(No. 61405067 and 61405066),湖北省创新群体基金(No. 2014CFA004)等项目资助。

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