微纳结构中光与物质相互作用调控研究_学术前沿

微纳结构中光与物质相互作用调控研究

高校动态/学术前沿 2023-08-27 18:58:48 480 来源：苏州大学

报告题目：微纳结构中光与物质相互作用调控研究

报告人：王雪华教授，中山大学物理学院

报告时间：2018年8月25日上午9:00

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：微纳结构中光子与量子辐射子（如原子、分子、激子）的相互作用不仅是微纳量子光学中的一个基本问题，而且在量子器件、量子计算与量子通讯等方面有着巨大的应用价值，因而一直是国际学术前沿与热点研究领域之一。

光子与量子辐射子的相互作用可分为弱相互作用和强相互作用区。在弱相互作用区，量子光自发辐射的有效控制是实现高品质按需量子光源即单光子源和纠缠光子源的关键，而量子光源对量子通信具有不可或缺的重要性。在这个报告中，我将介绍为实现高品质按需量子光源，我们经过近六年的努力所发展的三个实验技术：厚度薄至百纳米的含量子点薄膜的转移技术，精度在10纳米左右的量子点光学定位技术以及高品质纳米结构制备技术。通过理论设计，我们提出一种全反射与牛眼结构相结合的高效宽带微纳量子光源，并通过上述实验技术制备出目前国际上带宽最宽、亮度最高的单光子源，以及综合性能指标最优的纠缠光子源。

微纳结构中光子与量子辐射子强相互作用是实现固态量子芯片和量子计算的有效途径之一，因为在强耦合相互作用区，不仅可以调控电子的量子态性质，还可调控光子的量子态性质。在极低温和高真空的极端条件下，科学家们已在各种固态光学微腔中实现了单激子与单光子的强耦合作用以及量子态调控。但在常温常压下实现单激子与光子的强耦合作用却一直是个巨大挑战，是该研究领域尝未攻克的重大难题。

为攻克这一难题，世界多个研究组为此竞相开展研究：法国里昂第一大学的Bellessa 研究组于 2004 年、美国Rice大学的Halas 研究组于 2008 年、德国Oldenburg大学的Lienau 研究组于 2013 年先后在室温下观测到大量的激子与不同表面等离激元的强相互作用；直到2015年，瑞典Chalmers 理工大学Shegai 研究组才把与表面等离激元强相互作用的激子数降到了80个左右；2016年，英国剑桥大学Baumberg研究组实现了表面等离激元与2.5个激子（统计平均意义上的激子数）的强相互作用。

通过近5年的攻关研究，我们在常温常压下实现了1.38个激子（统计平均意义上的激子数）与单个纳米颗粒表面等离激元的强耦合相互作用，是目前为止该研究领域国际上的最好研究记录。最近，我们通过装载且只能装载一个发光分子的葫芦分子笼连接二个金属纳米颗粒，形成腔长少于1纳米、且包含有单分子激子的二聚体表面等离激元微腔，攻克了常温下实现确定性单激子（而非统计意义的单激子）与表面等离激元强耦合相互作用这一重大难题。

报告人简介：王雪华，中山大学二级教授，博士生导师。是2006年度教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，2007年度国家杰出青年基金获得者，2010年度国家973计划（含重大科学研究计划）“固体系统中光与物质强耦合作用的量子调控研究”项目首席科学家, 2011年度国家有突出贡献政府特殊津贴获得者，2016年度国家重点研发计划“固态光学微腔与量子体系相互耦合的调控及其量子器件研究”的项目主持人。兼任中国物理学会常务理事,《中国科学：物理学力学天文学》期刊编委。

多年来主要从事主要微纳光子学、量子光学和固态量子信息处理的研究。主要聚焦于光子晶体及其微腔中光的辐射与传播性质，金属纳米结构中表面等离元光子学及其应用，微纳结构中光子与量子系统的相互作用控制、特别是强相互作用的实现与控制。已在国内外著名学术刊物发表SCI论文90多篇，其中Nature Communications 3篇，Phys. Rev. Lett. 7篇。应邀在国际、国内学术会议作特邀报告50多次。在光子晶体带结构的设计、二维非线性光子晶体理论、微纳结构的光学特性以及微纳结构中光与物质相互作用等方面取得了国际同行认可的研究成果。

报告题目：铁电晶体中的畴与畴工程

报告人：祝世宁院士，南京大学物理学院

报告时间：2018年8月25日上午9:50

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：domain in ferroelectric crystals has become a very active field involving many important applications in linear optics, nonlinear optics, laser and quantum optics. At its early stage, the researches were focused on quasi-phase-matched second-harmonic-generation from the periodically poled ferroelectric crystals. The research later was extended to many other nonlinear optical processes, such as optical parametric generation or oscillation, third-harmonic-generation, nonlinear light scattering, nonlinear Cherenkov radiation, nonlinear Talbot effect etc., in which phase matching was fulfilled by either quasi-phase-matching or nonlinear Huggens-Fresnel principle. Nowadays, the study of domain engineering enters a new regime, in which，the goal is to generate and control photons at will. The bright entangled photons have been generated in such crystals by spontaneously parametric downconversion, and been further controlled with full freedom offered by engineered domain, such as focusing, beam-splitting etc. This will bring revolutionary impacts on quantum optics and information in future.

报告人简介：

祝世宁，南京大学教授，博士生导师,中国科学院院士，美国物理学会会士（APS fellow）、美国光学学会会士(OSA fellow)；现任南京大学学术委员会副主任，南京大学物理学院、现代工程与应用科学学院学术委员会会主任；江苏省科协副主席，江苏省物理学会理事长；中国物理学会常委理事、固体缺陷专业委员会主任；教育部科技委委员；《国家科学评论（NSR）》数理专题组长，《中国科学》、《科学通报》编委等职。

报告题目：电磁超材料—从等效媒质到实时信息处理系统

报告人：崔铁军教授，东南大学毫米波国家重点实验室

报告时间：2018年8月25日上午11:00

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：本报告介绍信息超材料的概念、以及调控信息超材料的基本原理（包括信息熵、卷积定理、加法定理等）。重点介绍数字编码及现场可编程超材料的最新研究进展。在信息超材料的框架下，超材料不仅仅是等效材料，而且可以成为实时信息处理系统，包括新概念雷达、现场可编程成像系统、现场可编程全息成像系统、以及新体制通信系统等。

报告人简介：崔铁军，分别于1987、1990、1993年在西安电子科技大学获学士、硕士和博士学位，1995-1997年在德国卡尔斯鲁厄大学任洪堡学者；1997-2002年在美国伊利诺伊大学香槟分校作博士后及研究科学家。2001年10月被聘为东南大学教授、教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。IEEE Fellow，十二届全国人大代表、十三届江苏省人大常委，九三学社中央委员。近年来，崔铁军教授在计算电磁学和电磁超材料方面进行了系统而深入的研究，出版英文专著两部；在Science、Nature子刊、美国科学院院刊等国际知名刊物上发表论文400余篇，被引用19700余次（H因子72），研究工作被Nature News, Scientific American, New Scientist, MIT Technological Review, Discovery, Europhysics News等专题报道。研究成果入选“2010年中国科学十大进展”、美国光学学会“2016年30项重要成果”、“2016全球光学10大科研突破”、国家自然科学基金“2016年基础研究十大进展”等，荣获2011年教育部自然科学一等奖、2014年国家自然科学二等奖、2016年中国光学重要成果奖、2016年军队科学技术进步一等奖。是剑桥出版社超材料短书系列主编，曾为IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing副主编，获2002年国家杰出青年科学基金、2013年国家“百千万人才工程”国家级人选。

报告题目：半导体与新能源

报告人：沈文忠教授，上海交通大学物理与天文学院

报告时间：2018年8月25日下午14:00

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：从半导体物理和器件的发展简史讲起，介绍太阳能光伏核心技术和产业化发展状况，重点报告课题组近几年在晶体硅太阳电池技术研发方面的研究成果。

报告人简介：沈文忠，太阳能光伏科学与技术专家，教授，博士生导师，长江学者，国家杰出青年基金获得者。1968年5月生，1995年6月在中国科学院上海技术物理研究所获博士学位。1999年9月起任上海交通大学物理与天文学院教授、博士生导师，2007年1月起担任上海交通大学太阳能研究所所长，兼任中国可再生能源学会常务理事、上海市太阳能学会理事长。沈文忠教授主要从事新型硅基太阳电池研发和光电子器件物理研究工作，在国际一流SCI收录学术刊物上发表高水平学术论文200多篇，出版学术专著2部（《硅基异质结太阳电池物理与器件》，39.6万字，科学出版社，2014）;《太阳能光伏技术与应用》，86.4万字，上海交通大学出版社，2013）。

告题目：微纳光子结构中腔量子电动力学

报告人：古英教授，北京大学物理学院

报告时间：2018年8月25日下午14:50

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：微纳光子结构有超小的光学模式体积和超强的局域场效应，给纳米尺度光和物质作用带来了新的研究机遇。这个报告中，以微纳结构中的本征电磁模式及局域场效应为核心,首先介绍我们在微纳光子学的基础理论和应用方面的研究；然后应用于微纳尺度腔量子电动力学：如提出高效纳米尺度导引的单光子发射机制，预测出纳米尺度可控的偏振单分子共振荧光、自发辐射谱线变窄、双囚禁线宽可调电磁感应透明、倏逝波下强耦合等若干新物理现象或效应。研究结果可用于指导芯片上量子信息过程和设计有源超紧凑量子器件。

报告人简介：古英，北京大学物理学院，博雅特聘教授。2004年入选北京市科技新星，2013年入选2011计划“量子物质科学协同创新中心”研究员，2015年获得国家杰出青年基金。主要从事微纳光子学和量子光学量子信息交叉领域的理论研究，以通讯作者和第一作者在Nature Nanotechnology、Phys Rev Lett、Nano Lett.等发表SCI论文70多篇，在国际国内学术会议多次做邀请报告，承担国家基金委和科技部多项基金项目。

报告题目：拓扑声子晶体

报告人：刘正猷教授，武汉大学物理科学与技术学院

报告时间：2018年8月26日上午8:30

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：拓扑电子物态是当前凝聚态及材料物理领域的重要关注焦点。声子晶体是具有宏观周期性结构的人工材料，其中的声子态或声波态也可具有异于寻常的拓扑性质。本报告主要介绍介绍两类拓扑声子晶体，即能谷声子晶体和外尓声子晶体，内容涉及能谷声子晶体中的能谷态的涡旋特性、拓扑相及拓扑相变、能谷边缘态及拓扑输运，以及外尓声子晶体中的Weyl点、费米弧表面态及其拓扑输运等。

报告人简介：刘正猷，武汉大学教授，国家杰出青年基金获得者，教育部长江学者特聘教授，国家百千万人才工程国家级人选领军人才（万人计划）。在Science、Nature Physics，PRL（11）、Adv. Mat.、PR系列、APL等期刊上发表论文170余篇，Google Scholars他人引用总数超过8300次，单篇论文他引最高超过2000次，十多篇论文他引超过100次，H指数42。研究成果曾入选PhysicsWeb年度（2000）物理学十大研究亮点、Nature Physics的研究亮点以及Physical Review Letters编辑推荐等。曾获国家自然科学二等奖（2010年）、湖北省自然科学一等奖（2009年）以及国际声子学学会（International Phononics Society）布里渊奖（2015年）。指导的博士生中2人获全国百篇优秀博士论文提名奖。

报告题目：基于光子人工微结构材料的量子现象模拟与应用研究

报告人：陈鸿教授，同济大学物理学院

报告时间：2018年8月26日下午14:00

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：(1)背景介绍。光子人工微结构材料如光子晶体和超构材料(metamaterials，又称为超材料、特异材料、美特材料等)简介；若干典型量子现象模拟研究及应用简介，如光子石墨烯与光子Landau能级、光子拓扑绝缘体与光子边缘态、光子“Spin Hall”效应、基于超对称原理的光子模式及应用等。（2）本人课题组的相关研究工作简介，如原子系统量子现象的模拟研究、凝聚态系统量子现象的模拟研究、量子现象应用研究等。（3）作为一个典型例子，报告将详细介绍一维Dirac方程拓扑效应的超构材料模拟、拓扑效应诱导的透明金属现象等。（4）结束语。我们认为光子人工微结构材料不仅可以提供一个“洁净”的、参数易于调控的类量子现象研究平台，而且可以为新奇量子效应在光子调控中的应用提供新原理。

报告人简介：陈鸿，同济大学特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。1982年复旦大学物理系本科毕业，1986年底获上海交通大学应用物理系理学博士学位。从1986年12月起一直在同济大学物理系工作.近年来主要从事光子人工微结构材料的理论与实验工作。研究工作曾获国家自然科学奖三等奖（排名第二）、国家教委霍英东青年教师奖二等奖（研究奖）、上海市“科技精英”提名奖、宝钢教育奖特等奖、上海市自然科学奖一等奖等。2004年获人事部、科技部等七部委批准的“新世纪百千万人才工程国家级人选”称号。1997年得到国家杰出青年基金资助并被纳入国家教委跨世纪人才计划。2009年作为项目负责人获得教育部创新团队资助。2006年和2011年两次担任国家重大科学研究计划项目首席专家，2016年担任国家重点研发计划项目《新型人工带隙材料和器件》首席专家。

报告题目：硅基纳米光子器件

报告人：戴道锌教授，浙江大学光电学院

报告时间：2018年8月26日下午14:50

报告地点：红楼会议中心217

报告摘要：The demand for data has been increasing exponentially with very high growth rates from the access to data-centre interconnects and to long-haul transmissions. Further enhancement of the information capacity has been a perennial goal of scientists and engineering globally. A cost-effective solution for expanding the link capacity of optical interconnects is utilizing advanced multiplexing technologies. Currently, the most popular technologies include wavelength-division-multiplexing (WDM), polarization-division-multiplexing (PDM), mode-division-multiplexing (MDM), etc. As it is well known, silicon photonics is compatible withstandard CMOS(complementary metal oxide semiconductor) processesand thus hasattracted much attention as averypromisingplatformto build ultrasmall integrated photonic devicesfor large-scale photonic integrated circuits in the future. Silicon-based on-chip (de)multiplexers are really attractive and great progresses have been achieved in the past years, which will be reviewed in the talk. There are three parts. The first part is for high-performance wavelength-division-multiplexers, including arrayed-waveguide gratings (AWGs) and microring-resonators (MRRs) as the representatives. The second part is for high-performance PDM devices like polarizers, polarization-beam splitters (PBSs) and polarization rotators (PRs) as the representative on-chip polarization-handling devices. The third part for mode converters/ (de)multiplexers. Hybrid (de)multiplexers enabling more than one multiplexing technologies simultaneously will be discussed. As the link capacity increases dramatically, it is also becoming more and more important to develop smart photonic networks-on-chip so that the bandwidth/channels can be utilized optimally and flexible. One of the keys for realizing smart (reconfigurable) photonic networks is switchable / tunable photonic integrated devices. As silicon has a large thermo-optic (TO) coefficient as well as the large heat conductivity (~149W/m∙K), it is promising to realize efficient thermally-switchable/tunable silicon-based photonic integrated devices with reduced power consumption. Our recent work on thermally-switchable / tunable silicon photonic devices with micro-/nano-heaters will be also reviewed.

References:

Dai*, “Silicon Nanophotonic Integrated Devices for On-chip Multiplexing and Switching,” IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,35(4): 572-587,2016(Invited).

Dai*et al."Silicon-based on-chip multiplexing technologies and devices for Peta-bit optical interconnects," Nanophotonics, 3(4-5): 283–311,2014(invited).

Daiet al.“Polarization management for silicon photonic integrated circuits,” Laser & Photonics Reviews7(3):303-328, 2013(invited).

Dai*,et al.“Passive technologies for future large-scale photonic integrated circuits on silicon: polarization handling, light non-reciprocity, and loss reduction,” Light: Science and Applications, 1: 1-12, 2012 (invited).

报告人简介：戴道锌，浙江大学求是特聘教授/光电学院副院长、国家杰出青年科学基金获得者。长期致力于高性能与高集成度硅基集成光子器件及应用研究，发展了硅基非对称光波导及器件新结构和新机理，实现了一系列高集成度高性能的偏振调控、模式复用、可调谐-切换器件及其功能集成，解决了如何突破单一复用技术容量限制并实现其可重构性等问题，先后获得浙江省科学技术一等奖、中国仪器仪表学会金国藩青年学子奖、浙江省青年科技奖、浙江省高校科研成果奖、国家优秀青年科学基金、国家杰出青年科学基金等奖励或荣誉。

共发表国际SCI期刊论文170余篇，包括作为第一/通讯作者在Nature Communications、Proceedings of the IEEE、Light: Science & Applications、Laser & Photonics Reviews、ACS Nano、Optica等著名光学期刊发表140余篇。其成果被国内外同行广泛引用，论文SCI总引4420余次，单篇最高SCI引用320余次并入选了美国光学学会期刊《Optics Express》创刊20周年百篇高引论文，连续入选了2015-2018年爱思唯尔《中国高被引学者榜单》（物理学和天文学学科）。应邀在光通信领域顶级学术会议-美国OFC、集成光学领域顶级会议-IPR等特邀报告60余次，多次担任ACP等技术委员会主席/共同主席以及顶级会议-美国OFC等技术委员会委员30余次。应邀担任了IEEE Photonics Technology Letters、Optical and Quantum Electronics、Photonics Research等国际SCI期刊副主编/执行主编。