研究进展

物理学院祝世宁教授、刘辉教授课题组用 广义相对论原理实现芯片上光子波前的调控

2016-04-21   427    

          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。
   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。
   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(图(a)),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(图(b))。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 (2016),南京大学是第一作者单位。
   该项研究得到自然基金创新群体项目(No. 11321063)、杰出青年基金(No. 61425018)、国家重点基础研究发展计划(No. 2012CB933501 and 2012CB921500), 以及南京大学登峰人才计划B层次的资助。

 

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