项目名称：人工微结构材料中光、声以及其它元激发的调控首席科学家：彭茹雯南京大学起止年限：至依托部门：教育部一、关键科学问题及研究内容依照国家重大需求和国际前沿的科学问题，从现有的基础动身，本项目研究人工微结构材料中光、声和等离激元和极化激元等的激发、传输和彼此作用新规律，探讨基于亚波长人工微结构的新型电磁和声材料与器件。拟解决的关键科学问题包括以下四个方面:第一，探讨超构材料中诸如等离激元力、电磁模的量子干与、耦合模的Fano共振等新颖的物理效应，揭露元激发的近场耦合与光学现象之间的关联。第二，关注于新型亚波长微结构与光子和等离激元的彼此作用，探讨线性和非线性等离激元晶体，利用相位(准相位)匹配实现对光子和等离激元能带结构的调控。第三，进展人工带隙材料的拓扑理论，设计和实现具有时刻反演对称破缺的超构材料，探讨宇称和时刻对称破缺的人工带隙材料中光和声的非对易传输问题。第四，探讨超构材料中声共振激发与耦合、倏逝波模式传输和转换的物理机制和调控方式，揭露声超构材料对声波谐波的激发规律，设计新原理声学器件。要紧研究内容包括：围绕关键科学问题，本项目拟就下述内容展开深切研究。（1）在元激发近场耦合和人工微结构中光学效应的调控方面，要紧开展以下研究：i)研究超构材料中亚波长结构单元之间近场耦合所致使的各类新颖光学现象，要紧有：元激发近场耦合致使的亚波长传输与慢光效应；共振耦合所致使结构单元之间的等离激元力效应极为相关物理问题；元激发耦合所致使的单光子或多光子量子态的干与、纠缠性质；模式耦合所致使Fano共振、Rabi振荡等效应。咱们将分析这些共振耦合所致使的物理进程内在机制，成立共振耦合的理论模型，探讨基于共振耦合效应的新型超构材料与光子器件。ii)考察具有近场模式耦合的金属与非线性/增益介质相结合的复合人工微结构中新颖物理进程，探讨具有亚波长特点的倍频、光参量放大等频率转换方式；考察多个混合型波导结构之间的耦合模性质，探讨利用非线性进程来调控亚波长等离激元波传播的途径；研究受结构阻碍的泵浦光与信号光之间关联性质，寻觅利用增益介质实现亚波长光传播的动态调控手腕。以光子集成为目标，设计与制备能实现如开关、分束、滤波等功能的基于等离激元的有源新型亚波长光子材料和器件。iii)推行全波的电磁场散射和多重散射和衍射动力学理论，考察在三维空间及二维平面内具有近场耦合特点的人工结构体系中的异样光散射和衍射性质。研究具有特殊各向异性、空间非局域性的人工结构对光传播、散射、衍射等性质的阻碍。研究微结构对等离激元表面波的波形转变与传播操控，在此基础上设计和制备一些具有特殊功能的亚波长人工微结构。iv)研究幻象光学的机理和条件，试图冲破变换光学的局限，找到更简单的隐身和幻象器件参数，为以后的实验研究提供思路。具体包括：幻象光学的多重散射机理；幻觉光学和电磁诱导透明之间的关联性；在某些特定情形和应用下，简化对隐身器件和幻象器件的要求；从实际材料动身设计具体的隐身器件和幻象器件，并通过有限元或多重散射数值模拟来展现幻象光学的多种应用。（2）在亚波长微结构中光子和等离激元的能带结构与相位调控方面，要紧开展以下研究：i)研究人工亚波长微纳结构中传播的等离激元与局域的等离激元之间的彼此作用，利用各类空间调制的表面结构和单个结构单元的构型转变来实现对表面等离激元的调控。研究“线性”和“非线性”等离激元晶体等，通过精心设计微结构来实现对光子和等离激元能带结构的调控，揭露该系统中非线性光学新效应及非线性增强的新机制，为进展基于元激发的新一代信息载体提供科学依据。ii)研究不同组合和不同调制方式下金属和介电人工亚波长微纳结构中电磁共振的物理本质，研究一些多层亚波长组合结构中电共振和磁共振在同一频率彼此转换的物理效应，探讨其物理本质,在不同波段设计、制备和表征新型负折射材料。iii)研究由多层不同微结构组成的等离激元级联材料中电磁波的传播规律，提出并实现“通过材料结构级联实现物理功能级联”的假想。通过材料设计和优化，实现对光的传输效率、偏振模式、共振囚禁、增强...
