微纳光子操控与功能器件

Light shaping and controlling with micro/nano devices involve fruitfully novel physics phenomena and unknown rules in nature; also it opens a door to nano-photonics and will be the fundamental theory and essential technology in near future. We propose here to investigate surface plasmon devices on metal, silicon-based photonic devices, and waveguide devices in chalcogenide glass, try to understand interaction mechanisms of photon-phonon, photon-lattice, and photon-carrier, etc. Following novel physics phenomenon, we concentrate on development of technologies of light shaping and micro/nano photonic devices. CMOS and ultrafast laser micromachining are employed to manufacture the mentioned micro- and nano- devices. The fine tuning of index of material can be realized by those laser parameters (polarization, wavefront, and energy) which controlled by time shaper and spatial shaper. We focus on the interesting nonlinearity, resonant effect (shows slow light), and mode coupling in micro- nano devices, and the research of the project will open a door to new devices and physics effect.

微纳尺度对光的操纵和控制涵盖诸多新颖的物理现象和不为人所知的自然规律，是实现光子集成的物理和技术基础，也是开启未来纳米光子学的钥匙，本项目提出通过金属微纳器件、硅基光子器件、硫化物微波导器件的研究，揭示光子-声子、光子-格子、光子-载流子之间的内在相互作用机理；跟随新现象和新物理，研发具有重大应用前景的微纳光场的调控技术和微纳光子器件。通过两种工艺：CMOS技术和超短脉冲技术，实现微纳光机电系统的制造；通过对超快脉冲的时间和空间调控的研究， 局部控制激光场的能量、偏振和波前，实现对介电常数的精密调控。重点研究微纳器件的非线性效应、共振效应（慢光效应）和模式耦合特性，发掘新现象、新原理、新应用，拓展微纳器件的功能化研究，为发现和开辟新型光子器件和新颖物理效应打开一扇明亮的大门。

微纳尺度对光的操纵和控制涵盖诸多新颖的物理现象和不为人所知的自然规律，是实现光子集成的物理和技术基础，也是开启未来纳米光子学的钥匙，本项目提出通过金属微纳器件、硅基光子器件、硫化物微波导器件的研究，揭示光子-声子、光子-格子、光子-载流子之间的内在相互作用机理；跟随新现象和新物理，研究具有重大应用前景的微纳光场的调控技术和微纳光子器件。通过两种工艺：CMOS技术和超短脉冲技术，实现微纳光机电系统的制造；通过对超快脉冲的时间和空间调控的研究，局部控制激光场的能量、偏振和波前，实现对介电常数的精密调控。重点研究微纳器件的非线性效应、共振效应和模式耦合特性，发掘新现象、新原理、新应用，拓展微纳器件的功能化研究，为发现和开辟新型光子器件和新颖物理效应打开一扇明亮的大门。.本项目研究建立艾利光束、贝塞尔光束、矢量贝塞尔光场产生和传输的理论模型，研制超快脉冲时间整形和空间整形器件，通过相位调制实现多种飞秒光束的产生，搭建高重复频率飞秒脉冲时空整形微纳制造研究和测试平台，制备低瑞利散射、高非线性硫化物波导，实现传播衰减小于0.1dB/cm的单模波导，是目前报道损耗最小的飞秒光刻波导。通过控制光纤布拉格光栅的带宽，实现脉宽7~150ps精确调谐，波长调谐范围为>20 nm的全光纤激光器。揭示亚波长金属波导腔耦合系统的滤波特性，大幅提高多通道波分复用器的透射率。建立亚波长光栅结构的等效电路模型，在亚波长尺度上实现宽带宽范围内的全光开关。在亚波长金属光栅波导中实现类电磁诱导透明现象，发现基于该现象能够实现近零色散的慢光传输，得到具有高群折射率和归一化延迟带宽积的慢光波导。研究激光诱导周期表面结构（LIPSS），提出基于纳米结构近场增强效应的形成机理，证明LIPSS形成过程是材料表面微纳米结构与电磁场相互作用的反馈过程。