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Phys.Rev.Lett.发表物理学院介电体超晶格实验室课题

文章作者:产品测评 上传时间:2019-12-12

67777.com,南京大学物理学院刘辉/祝世宁课题组联合厦门大学陈焕阳课题组,利用共形变换光学理论,在实验中得到了光束的自聚焦和共形Talbot效应,并演示了其在数字编码方面的潜在应用价值。相关研究成果发表在Phys. Rev. Lett. 119, 033902 上,并被编辑选为推荐论文。

广义相对论研究宇宙的起源和天体运动获得巨大成功,最近,物理学院祝世宁教授、刘辉教授课题组与以色列理工学院的Segev教授组合作,利用爱因斯坦引力波方程与电磁理论中的对应关系,利用变换光学的方法,在光子芯片上成功地实现了的光波波前的调控, 为光子芯片光的操控提出了一种新的原理和方法。

通常情况下,光在平直时空中沿着直线传播。而根据爱因斯坦广义相对论,光子在弯曲时空中沿着曲线传播。与之类似,非均匀介质中光子的轨迹也是弯曲的。基于这种相似性,人们提出了变换光学的方法,在微结构材料中通过模拟弯曲时空控制光子的传播,实现各种光学器件。作为变换光学的分支理论,共形变换光学(Conformal Transformation Optics: CTO)正逐渐受到人们的关注,因为共形变换光学仅要求材料非均匀但各向同性,实现起来比较容易。

根据波动光学的惠更斯原理,光子在空间中的传播是通过光子波前的运动来描述。因此,如果我们能够控制光子的波前,就能控制光子的运动。最近几年,随着集成光学的发展,人们越来越需要在微小的光子芯片上控制光子波前,实现光子的操控。为此,人们提出了各种人工微结构材料实现光子波前控制,例如:光子晶体,超构材料,和金属表面等离激元等。

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图 黎曼面上光线的传播; 共形Talbot效应的实验照片; 共形Talbot效应的数字编码功能演示.

最近,物理学院该课题组的博士研究生盛冲,在刘辉教授的具体指导下,在集成光子芯片上,通过模拟广义相对论的引力透镜效应,实现了非欧弯曲时空中光子的波前控制。实验中,盛冲同学通过液滴的表面张力效应,制备出了一种模拟天体中心引力场的聚合物波导,并利用量子点荧光显微成像技术,直接观察到了光子波前在引力场弯曲时空中的传播过程。实验结果表明,这种模拟弯曲时空的光子芯片,不但可以实现非衍射的光束,而且还能模拟爱因斯坦环这种罕见的天文现象。该工作的实验部分是由南京大学课题组完成,以色列课题组协助进行了理论分析和数据处理。研究结果最近发表在Nature Communications 7:10747, DOI: 10.1038/ncomms10747 ,南京大学为第一作者单位。

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