零折射率材料應(yīng)用

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1、概要零折射率材料（ZIM）中的Rabi分裂研究背景結(jié)論與展望metamaterials中的若干類量子現(xiàn)象研究背景(1)：光子晶體的概念光子晶體：是一類介電常數(shù)在空間周期性變化的光學(xué)材料，其材料介電常數(shù)空間變化周期為光波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)。當(dāng)光波在其中傳播時(shí)，由于周期性導(dǎo)致的光波的布拉格散射，可有效調(diào)制光在其中的傳輸和色散特性。這種基于Bragg機(jī)制產(chǎn)生的光子帶隙在實(shí)際應(yīng)用中帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。一方面，它造成光學(xué)波段的光子晶體由于周期結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)過(guò)小而難以制備。另一方面，它使得微波波段的光子晶體的周期長(zhǎng)度過(guò)大而不利于器件的小型化和集成化。研究背景(1)：光子晶體的特點(diǎn)光子晶體的基本特點(diǎn)：（2）光子局

2、域（1）光子禁帶PhotonicBandGap在光子晶體中人為引入破壞其介電常數(shù)周期結(jié)構(gòu)的缺陷，在光子晶體帶隙中就有可能產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷能級(jí)。原本處于被禁止傳播頻率范圍的光波，就會(huì)以與缺陷能級(jí)頻率相對(duì)應(yīng)的特定頻率在結(jié)構(gòu)中傳播。研究背景(1)：光子晶體的分類(1)根據(jù)排列方式不同，光子晶體可以分為一維、二維和三維光子晶體。1-DPC2-DPC3-DPC(2)根據(jù)構(gòu)成材料不同，光子晶體分為介質(zhì)結(jié)構(gòu)光子晶體，介質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)光子晶體、磁性材料光子晶體等等研究背景(1)：光子晶體的制備精密機(jī)械加工法、半導(dǎo)體制造技術(shù)、膠體自組織法、激光微制造法、激光全息制造法LPKF公司的ProtomatM100/

3、HF制板機(jī)Agilent公司的8722ES網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)驗(yàn)室制備的微帶光子晶體研究背景(2)：特異材料的概念特異材料：特異材料，又被稱作Metamaterials，結(jié)構(gòu)的周期長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)入射電磁波的響應(yīng)可以用有效介質(zhì)理論(等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率)來(lái)描述。局域在各個(gè)微小單元中的電磁場(chǎng)之間將發(fā)生共振耦合，類似LC電路中的電磁波振蕩的結(jié)構(gòu)。這種局域共振(locallyresonance)機(jī)制同樣會(huì)導(dǎo)致通帶和阻帶的出現(xiàn)。研究背景(2)：特異材料的分類介電常數(shù)和磁導(dǎo)率可以很好地描述材料對(duì)于電磁波的響應(yīng)，因而可以按照這兩個(gè)參量對(duì)材料進(jìn)行分類在自然界中，金屬在低于其等離子振蕩頻

4、率時(shí)，具有負(fù)的介電常數(shù)，鐵氧體、鐵磁和反鐵磁系統(tǒng)在磁諧振頻率附近，具有MNG的特性研究背景(2)：特異材料的制備（a）細(xì)金屬線，實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)材料；（b）開(kāi)口諧振環(huán)，實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率材料。最早實(shí)現(xiàn)負(fù)折射的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)，有細(xì)金屬線和開(kāi)口共振環(huán)組成R.A.Shelby,D.R.Smith,andS.Schultz,Science292,77(2001).概要零折射率材料(ZIM)中的Rabi分裂研究背景結(jié)論與展望metamaterials中的若干類量子現(xiàn)象metamaterial中的若干類量子現(xiàn)象條件苛刻：氣相原子，強(qiáng)激光，低溫/磁場(chǎng)…與凝聚態(tài)系統(tǒng)相比，metamaterial在空間尺度和時(shí)

5、間尺度有更大的調(diào)節(jié)范圍，更容易研究凝聚態(tài)系統(tǒng)中不容易觀察到得量子動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。凝聚態(tài)系統(tǒng)有很多量子動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象比如：Bloch振蕩、量子EIT、Fano共振、Rabi分裂等。概要零折射率材料中的Rabil分裂研究背景結(jié)論與展望metamaterials中的若干類量子現(xiàn)象Rabi分裂Rabi分裂的概念：當(dāng)一個(gè)二能級(jí)系統(tǒng)，如原子、激子或量子阱放入一個(gè)光學(xué)微腔中時(shí)，激子與腔模(光子)則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)耦合共振系統(tǒng)，即空腔偏極子(cavitypalaritions)。在強(qiáng)耦合作用下，激子的自發(fā)輻射或能級(jí)躍遷將受到腔局域模的強(qiáng)烈調(diào)制而出現(xiàn)拉比分裂(Rabisplitting)Rabil分裂問(wèn)題：解決辦法：

6、量子點(diǎn)極微小的尺寸，如何將其定位在峰值處我們提出在腔中放入零折射率材料，有助于解決定位問(wèn)題。因?yàn)殡姶挪ㄔ诹阏凵渎什牧现袌?chǎng)強(qiáng)的空間分布恒定（相位空間分布恒定），所以把量子點(diǎn)放在零折射材料中任何位置，所產(chǎn)生的拉比分裂程度都相同。Rabil分裂Schematicofa2Dsquare-latticePhCmicrocavityinx-yplane.Theradiusandrefractiveindexofthesiliconnanorodsinbackgroundpolymerare114.6nmand3.48,respectively.Therefractiveindexofpolyme

7、ris1.45andthelatticeconstantis430nm.Thebluedottedcirclewithradiusof220nmdenotesaZIMregionandthereddottedellipsedenotesazoneforcalculatingintensities.2-DPCRabil分裂(1)普通介質(zhì)腔:simulationsimulationRabil分裂(2)ZIM腔:simulationsimulationRabil