光子带隙调控、新效应及其应用
光子带隙效应
光子带隙效应
光子带隙效应指的是当一个光子进入具有能带结构的固体时，它
能被固体中的电子吸收，从而导致电子跃迁。
在能带结构中，能带间
存在带隙，该带隙使得电子在一定能量范围内无法存在。
当入射光子
的能量恰好等于或大于这个带隙的能量时，光子将被吸收，并激发一
个电子从价带跃迁到导带，形成了一个电子-空穴对。
光子带隙效应在固体材料的光电转换、光加工和光探测等领域起
着重要作用。
通过调节入射光子的能量，可以实现光电转换，将光能
转化为电能。
光子带隙效应也用于光电加工领域，通过吸收光子并激
发电子跃迁，可以改变材料的电学、磁学或结构性质。
此外，光子带
隙效应还可用于光探测器的设计，通过光子的吸收与电子跃迁来实现
信号的检测与放大。
不得不提的是，光子带隙效应也存在一些挑战。
由于固体材料的
能带结构特点各异，光子带隙效应的实现需要选择合适的材料。
此外，光子带隙效应也受到材料缺陷和杂质的影响。
因此，在研究和应用中
需要深入理解光子带隙效应的基本原理，并针对不同的材料和应用场
景做出相应的优化与调控。
总的来说，光子带隙效应是固体材料中光与电子相互作用的重要
现象之一。
通过光子的激发和电子的跃迁，它在光电转换、光加工和
光探测等领域具有广泛的应用前景。
二氧化钛光子晶体的光子带隙及应用
Hiromi 等[39] 研究了具有菱形结构的三维光子晶 体的制备过程 ,通过立体平板印刷术 ,制备了作为前 驱体的菱形结构 。它由环氧网格组成 , 其中含有 SiO2 和 TiO2 (体积比为 10 %) 的陶瓷颗粒 ,环氧树脂 在空气中烧掉后 ,SiO22TiO2 的菱形结构在1 400 ℃下 烧结 215 h 。其线形收缩率为 50 % ,光子带隙大约在 19 GHz 。
收稿 : 2007 年 4 月 , 收修改稿 : 2007 年 8 月 3 通讯联系人 e2mail :gjqiao @mail. xjtu. edu. cn
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化 学 进 展
第 20 卷
TiO2 光子晶体的另一个主要特征是光子局域 。 如果在光子晶体中引入某种程度的缺陷 ,和缺陷态 频率吻合的光子被局域在缺陷位置 ,一旦其偏离缺 陷处 ,光就将迅速衰减 。一旦 TiO2 光子晶体原有的 对称性被破坏 ,在光子晶体的禁带中央就可能出现 频宽极窄的缺陷态 。光子晶体有点缺陷和线缺陷 : 点缺陷仿佛是被全反射墙完全包裹起来 ,利用点缺 陷可以将光“俘获”在某一个特定的位置 ,光就无法 从任何一个方向向外传播 ,这相当于微腔 ;在垂直于 线缺陷的平面上 ,光被局域在线缺陷位置 ,只能沿线 缺陷方向传播 。
此外 ,在 TiO2 光子晶体中亦可产生缺陷 ,即进 行掺杂 ,因而在光子能隙中引入新的电磁波模式 :用 高介电材料部分代替低介电材料 ,那么将产生施主 能级 ;用低介电材料部分代替高介电材料 ,可得到受 主能级 。
Wang 等[36] 为了指导 TiO2 光子晶体的设计 ,利 用平面波膨胀方法计算了二维和三维 TiO2 光子晶 体的全面的光子带隙图 。对于三维结构 ,他们计算 了 Yablonovite 结构及其反 Yablonovite 结构 ,计算结 果表明反 Yablonovite 结构呈现出完全带隙特征 ,并 研究了两种 Yablonovite 结构中带隙宽度和填充率以 及钻孔倾角的相互依赖关系 。
光子晶体的原理与应用
光子晶体的原理与应用概述光子晶体是一种由周期性改变介电常数分布而形成的结构，具有能带结构类似于电子在晶格中的运动。
光子晶体能够控制光的传播和波长选择性，因此在光学领域具有广泛的应用前景。
光子晶体的原理光子晶体的原理基于周期性调制介电常数分布。
通过改变材料的周期性结构，可以实现光子晶体的禁带带隙效应，即在一定频率范围内，光的传播被完全阻止。
光子晶体的禁带带隙可以通过调节结构的周期、材料的折射率以及填充材料来实现。
光子晶体的禁带带隙效应是由几何光学效应和电磁场的相互作用相结合而产生的。
在光子晶体中，光通过周期性结构时，会出现在特定频率范围内的相干散射。
这种相干散射会导致光的传播被阻挡，从而形成禁带。
禁带带隙的宽度取决于周期性结构的参数，包括晶格常数、材料折射率以及填充材料等。
光子晶体的应用光子晶体的光学波导光子晶体可以实现光的传输和波导效应。
在光子晶体中，通过调节光子晶体的周期性结构，可以实现光的导向和控制。
光子晶体光波导可以用于构建高效的光耦合器、分束器、滤波器、光放大器等光学元件。
光子晶体光波导具有低损耗、高效率等特点，被广泛应用于光通信、光子芯片等领域。
光子晶体的传感器光子晶体由于其禁带带隙效应，可以实现光的滤波和波长选择性。
这使得光子晶体成为理想的传感器材料。
通过改变光子晶体的结构和填充材料，可以实现对不同化学和生物分子的敏感度。
光子晶体传感器可以用于检测环境中的气体、液体、生物分子等，具有高灵敏度、高选择性和实时监测等特点。
光子晶体的光学器件光子晶体的禁带带隙效应还可以用于设计和制造光学器件。
通过选择合适的晶格参数和材料，可以实现对特定波长和频率的光的调控。
光子晶体光学器件包括滤光器、反射镜、全反射镜、衍射光栅等。
这些光学器件具有高效率、高分辨率和高准确性的特点，并在光学测量、光通信等领域得到广泛应用。
光子晶体的激光器利用光子晶体的禁带带隙效应，可以实现低阈值、窄带宽的激光器。
光子晶体激光器在光通信、光信息处理等领域具有重要应用前景。
光子晶体的新技术与应用
光子晶体的新技术与应用光子晶体，是由周期性介质微结构组成的一种新型光学材料，具有与半导体等材料类似的带隙结构。
它可以通过控制光的传播方式和频率以实现很多光学效应。
近年来，随着光子晶体的不断发展和研究，它已成为一个引人注目的新型材料，并在许多领域中得到了广泛的应用。
下面就让我们来一探光子晶体的新技术与应用。
一、光子晶体的制备技术目前，制备光子晶体主要有三种方法，分别是自组装法、光束干涉法和离子注入法。
自组装法是将介质微珠均匀地分散在溶液中，再利用自组装原理使其自组装成为光子晶体。
光束干涉法是在介质中打入两束激光，由于相位差的存在，使得在交点处形成周期性微结构。
离子注入法是将离子注入到介质中，形成一个高折射率区和低折射率区交替分布的结构。
这三种方法各有优缺点，且制备过程也非常复杂，需要较强的技术支持。
但是，光子晶体的制备技术的不断进步，将为其在各个领域中的应用提供更多的可能。
二、光子晶体在传感领域的应用由于光子晶体的带隙结构具有高度选择性，敏感度高等特点，因此在传感领域中有较大的应用潜力。
其主要应用在生化传感、环境监测等领域。
例如，在生化传感方面，利用光子晶体芯片可以检测出非常小的生化分子，从而实现对生物离子浓度、蛋白质浓度等的检测；在环境监测方面，可以通过光子晶体芯片来检测空气中的污染物，如NO2、SO2等。
三、光子晶体在光学器件领域的应用光子晶体的带隙结构可以控制光的传输，利用这种特性可以制作出各种光学器件。
例如，将光子晶体用作波导可用于光信号的传输；将光子晶体用作滤波器可以实现对特定波长光的选择性传输；将光子晶体用作分束器可以实现对入射光的不同方向进行分布。
而光子晶体激光器也是其中的一个热点研究领域。
此类激光器是利用光子晶体的带隙结构和材料本身的非线性效应，使光的传输方式得到控制从而产生激光辐射。
随着光子晶体的制备技术和性能的不断提升，光子晶体激光器的发展前景将会更加广泛，并将在各个领域中得到更多的应用。
光子晶体中的能带结构与光学波导效应
光子晶体中的能带结构与光学波导效应引言随着人类对光学科学的不断深入研究，光子晶体作为一种新兴材料，引起了广泛的关注。
光子晶体是一种具有周期性结构的介质，在此结构中光的传播被限制或操控，从而产生一系列独特的光学效应。
其中，能带结构和光学波导效应是光子晶体中最为重要的两个方面。
本文将详细介绍光子晶体中的能带结构和光学波导效应，并探讨其在光学应用中的潜在价值。
光子晶体的基本概念光子晶体，又称为光子晶格或光子带隙材料，是一种具有调制折射率的周期性结构。
与电子晶体类似，光子晶体中也存在能带结构，即光子带隙。
光子晶体的制备方法多种多样，可以根据不同的应用需求选择不同的制备方法。
典型的制备方法包括自组装、纳米加工以及溶胶凝胶等。
光子晶体的周期性结构导致了光子能量的禁带结构，其中的带隙区域在光学波长尺寸范围内，可以对特定波长的光进行完全或部分的反射或禁闭。
这种能带结构的调控使得光子晶体能够在光学通信、光学传感、光电子器件等领域发挥重要作用。
光子晶体中的能带结构光子晶体中的能带结构指的是光子晶体中光的能量在空间中的分布状态。
光子晶体的能带结构如同电子在晶体中的能带结构一样，可以分为导带和禁带。
导带中的光子能够在光子晶体中自由传播，而禁带中的光子能量被禁止传播，因此禁带区域内的光子形成了光子带隙。
光子晶体中的能带结构可以通过调节晶格结构、折射率的变化以及周期性的改变等方式进行调控。
通过控制光子晶体的周期性结构，可以改变能带结构的宽度和位置，从而实现对特定波长的光进行选择性的传播或反射。
通过调节光子晶体的尺寸和结构参数，可以实现对带隙位置和宽度的调控。
光子晶体中的能带结构对光的传播产生重要影响。
当光的波长与光子晶体中的禁带结构相匹配时，光将无法通过光子晶体，从而形成光学隔离效应。
这种能带结构的特性在光学通信和光学传感中具有广泛的应用潜力。
光子晶体中的光学波导效应光学波导效应是指在光子晶体中通过调节结构参数，使得光在材料内部进行导波传输的现象。
带隙型光子晶体光纤研究与应用
带隙型光子晶体光纤研究与应用带隙型光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，简称PCF）是一种由周期性排列的微纳结构构成的光纤。
与传统的光纤相比，PCF具有非常独特的光学特性和潜在的广泛应用。
在近年来，PCF的研究与应用引起了广泛的关注。
首先，PCF的最大特点之一是具有宽、平坦的带隙。
由于光子晶体结构中周期性排列的空孔或者材料折射率的变化，PCF可以在特定波长范围内选择性地抑制或允许光的传输。
这种带隙效应可以实现对特定波长的光的高效传输和控制，从而在光通信、传感器、激光器等领域具有广泛的应用前景。
其次，PCF还具有超分布反射效应（Total Internal Reflection，简称TIR）。
由于PCF的折射率分布是周期性的，这种结构可以实现对光的总反射，避免光的泄露和损耗。
这种TIR效应使得PCF可以实现高效的单模传输，从而提高光纤的传输容量和质量。
此外，PCF还具有较大的模场直径，可以在大的模场直径下实现低损耗的传输。
这一特点使得PCF在高功率应用中具有潜力，如医学激光手术、材料加工等领域。
最后，PCF还可以通过控制其微纳结构的设计和改变，实现多种光学性质和功能的调控。
例如，通过调整空孔的直径和间距，可以调节PCF的色散特性，实现超短脉冲的传输与控制。
通过引入掺杂物质或者改变微纳结构的形状，PCF还可以实现光子晶体光纤传感器，用于监测温度、压力、浓度等物理量，并且具有高灵敏度和高分辨率。
基于以上的特点，PCF在光通信、光传感器、激光器等领域具有广阔的应用前景。
例如，PCF可以用于增强和优化光纤通信系统的传输性能，提高传输能力和质量。
在光传感器领域，PCF可以实现高灵敏度和高分辨率的传感效果，应用于环境监测、生物传感等领域。
此外，PCF还可以用于光纤激光器的设计与制备，为激光器的发展提供新的思路和方法。
总之，带隙型光子晶体光纤具有独特的光学特性和广阔的应用前景。
随着对PCF的研究与应用的深入，相信PCF将在各个领域得到更多的关注和应用，为光学通信、传感器、激光器等技术的进步和创新提供新的解决方案。
光子晶体材料的能带结构与光学性质分析
光子晶体材料的能带结构与光学性质分析引言：光子晶体材料近年来备受关注，它能够控制光的传播和频率，具有广泛应用前景。
光子晶体材料的独特属性与其能带结构和光学性质密切相关。
本文将从能带结构和光学性质两个方面分析光子晶体材料的特点与应用。
一、能带结构分析1. 布拉格反射与光子带隙光子晶体材料具有周期性的结构，其中的周期性结构可以与入射光波的波长形成布拉格反射。
当入射光波长等于布拉格反射条件时，出射光波被禁阻，形成光子带隙。
通过调整光子晶体材料的周期性结构，可以有效控制光的传播和频率。
2. 光子带隙的特性光子带隙是光子晶体材料独特的能带结构特点之一，其宽度和位置对于光的传播和频率起到决定性作用。
光子带隙的宽度与材料中原子的折射率和周期性结构的参数有关。
通过调节这些参数，可以实现对光子带隙的调控，拓宽带隙宽度和改变带隙位置，进而实现对光传播和频率的精确控制。
二、光学性质分析1. 光子晶体材料的色散性质光子晶体材料中的能带结构对于光的传播速度和频率有显著影响，其中色散性质是光子晶体材料的重要特征之一。
色散性质可以通过能带结构中的斜率来描述，斜率越大，色散性质越好。
利用光子晶体材料的色散性质，可以实现对不同波长光的分离和调制，有助于提高光通信和光信息处理的效率。
2. 光子晶体材料的非线性光学性质由于光子晶体材料具有较高的折射率和强烈的光场调制效应，其非线性光学性质较强。
光子晶体材料可以通过选择合适的光子带隙来增强或抑制非线性效应，用于实现光信号的调制、光开关和光学限幅等应用。
此外，利用光子晶体材料的非线性光学性质还可以实现光学泵浦放大器、激光器和功能光纤等器件的发展。
结论：光子晶体材料的能带结构和光学性质是其独特功能的基础。
通过对能带结构和光学性质的深入分析，可以更好地理解光子晶体材料的特点与应用，并为其在光通信、光信息处理、光探测等领域的进一步研究和应用提供指导和依据。
随着光子晶体材料研究的深入，相信它将在未来的光学领域发挥越来越重要的作用。
光子晶体光学性质及应用研究
光子晶体光学性质及应用研究光子晶体是一种周期性的光学介质，它能够控制光的传播和电磁波的频率。
因此，它被广泛应用于光子学、奈米技术和量子物理学等领域。
本文将探讨光子晶体的光学性质及其应用研究。
一、光子晶体的结构光子晶体又称为光子晶体体系，它是一种三维的微结构，由两种或多种折射率不同的材料交错排列而成。
其周期性的结构可与X射线衍射图谱相容，这使得光子晶体结构更加稳定。
光子晶体的周期性结构可被描述为一个具有周期性类型的反射格子。
当光子进入晶体时，光子会受到结构的限制而无法传播，因此，光子晶体被称为光子带隙材料。
光子晶体的带隙材料限制了光子在晶体中的传播，并阻碍了将光子从材料中释放出来。
二、光子晶体的光学性质1. 带隙结构带隙结构是光子晶体最重要的光学性质之一。
当光子晶体的周期性结构与光子波长相当时，晶体的折射率会变化，光子波长会被阻碍，因此，光子波长不能穿过晶体。
这种阻碍被称为带隙。
光子晶体的带隙结构比普通晶体的带隙结构更加独特。
2. 带隙的调节带隙可以通过改变光子晶体的结构而调节。
调节可以通过改变晶体的格子常数、导入分子缺陷或添加金属粒子等方式实现。
3. 光效应光子晶体可表现出一些特殊的光效应，例如衍射、散射、透射和吸收。
这些光效应可用于制造新型的传感器、光学滤波器和光学开关等。
三、光子晶体的应用1. 光学控制器件光子晶体可制造出一些特殊的光学控制器件，例如光学调制器、光学滤波器、光谱成像器和光波导器等，这些控制器件在光通信和光计算等领域有广泛的应用。
2. 光子学传感器光子晶体中的局部折射率变化可用于制造高灵敏度的光子学传感器。
光子学传感器可在生物医学、环境监测和工业制造等领域中有很多应用。
3. 太阳能电池光子晶体中的带隙结构可用于制造太阳能电池。
由于光子晶体的带隙特性，它能够有效地增强太阳电池的光吸收效果，从而提高太阳电池的转换效率。
四、结论光子晶体是一种光学介质，它具有周期性的结构和调节带隙的能力。
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项目名称：光子带隙调控、新效应及其应用首席科学家：陈鸿同济大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部上海市科委二、预期目标总体目标：围绕光子晶体的带隙调控、新现象及其应用，研究光子晶体带隙调控新机理和新现象，如特异材料及复合周期性结构和关联光子学微结构阵列；研究光子人工微结构集成回路的调控机理与新现象，如光子晶体和亚波长金属周期微结构中高品质微腔、对量子受限系统中的受激激发和自发辐射过程的影响、量子信息的制备和调控等。
研究光子晶体中光调控新效应与潜在应用研究，如三维光子晶体的光调控新效应、非线性光子晶体的光调控新效应、光子局域共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应等。
通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。
五年目标：1.设计与制备微波波段特异材料，利用特异材料及其复合周期结构的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件如新型飞行器天线罩、用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。
2.设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器。
3.设计与制备亚波长金属周期微结构与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新跃迁激发原理和吸收现象，研制新型红外波段探测器。
4.设计与制备光子学微结构阵列，利用非线性光子学微结构阵列的特殊带隙结构和光调控效应，研制新型光调制器件如光开关。
5.发表一批高质量学术论文，形成一批有自主知识产权的专利技术。
三、研究方案学术思路：本课题以未来信息技术为目标，从学科前沿与国家需求有机结合点出发，紧密围绕光子晶体的带隙调控与新现象这一中心任务，将材料制备、测试和表征、理论分析和器件应用等有机结合起来，针对具体的关键科学问题进行系统和深入的研究和探索。
在科研队伍的组织上，注重知识结构的互补匹配，实行理论设计、制作、表征等的合理搭配和密切结合，形成最佳搭配。
在研究力量的调配上，最大限度地起用活跃在科研第一线的、有能力的年轻人才。
在研究工作中注重实验研究与理论研究密切结合；材料制备与器件研制密切结合；基础研究与应用研究密切结合。
在关注基本概念的提出、基本模型和基本理论建立的同时，进行有重大应用前景的新材料、新器件原型的研制。
通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。
技术路径：创新点与特色、取得重大突破的可行性：在研究工作的三个不同层面上，本项目具有明显的特色并具备了取得突破的研究基础。
（1）光子晶体带隙调控新机理和新现象的研究。
形成光子带隙结构有多种不同的机制，过去的研究工作主要集中在周期结构中的Bragg散射机制。
本项目的创新点之一是围绕非传统机制（如非线性、隧穿）和非传统结构（如手性、梯度分布）展开光子带隙的调控机理及其新效应研究。
（2）光子人工微结构集成回路的调控研究。
在过去的许多工作中，对光子和电子两种最重要的载流子的调控方式是独立进行的：即利用量子受限系统调控电子的行为，利用光子人工微结构如光子晶体或亚波长金属周期微结构调控光子的行为。
本项目的创新点之二是研究光子人工微结构与电子量子受限系统复合结构的光电耦合调控机理与新现象。
（3）光子晶体中光调控新效应与应用研究。
过去的研究工作，大量地集中在二维光子晶体调控行为、集中在周期性结构的带隙结构和调控作用、集中在光子晶体的线性效应，而对三维光子晶体的调控行为、非周期和共振耦合结构的带隙结构和调控作用、光子晶体的非线性效应等问题关注较少。
本项目的创新点之三是研究特殊结构光子晶体光调控新效应及其潜在应用。
本项目的主要参与单位对光子晶体进行了多年研究，取得了一批独创性的成果。
另外，本项目的研究队伍还承担了重大科学研究计划（量子调控研究计划）项目“光子晶体的带隙调控机理与新现象研究”（起止日期：2006.12－2010.8）研究工作。
在该项目的支持下，我们在上述三个层面取得了一批有特色的初步研究成果。
这些成果一方面为本项目更进一步深入研究打下了基础；另一方面前期研究工作培育出一些在国际上有特色和影响的新生长点，这为我们取得有重大影响的研究成果提供了突破口。
另外，通过第一期量子调控研究计划项目的支持，项目各课题组的相关技术储备和研究条件均得到了很好的充实发展，而且课题组之间形成了良好的有机合作关系。
（具体情况详见项目申请书的“现有工作基础和条件”及“研究队伍”两个部分）这些前期工作形成的条件和基础，将能够保证我们顺利完成本申请项目的预期研究目标。
课题设置课题设置的思路是：深入了解光子晶体的基本物理作用原理和过程、材料选取和制作方法和工艺等，发现新现象和新效应等，并在此基础上以国家需求为牵引，进行原理性器件的探索研究。
课题的设置按不同层次分为：光子晶体带隙调控新机理和新现象的研究、光子人工微结构集成回路的调控研究、光子晶体中光调控新效应与应用研究。
本项目分解成以下四个课题，相互之间有机结合、相互支撑。
各课题组在三个层面参与研究内容情况如下图所示，其中线条粗细代表参与程度（例如最粗线条表示承担的最主要研究任务）。
课题一、特异材料及复合周期性结构的带隙调控、新效应及其应用研究特异材料及相关复合结构（如正－双负材料复合周期结构、电单负－磁单负复合周期结构、异质结构等）对电磁波的调控作用。
研究重点为材料的设计、制备和表征；非传统机制（如隧穿机制）和非传统结构（如非周期、梯度结构）的光子带隙形成机理及其对电磁波的调控作用；奇异缺陷模式和界面模式的形成机理及其对电磁波的调控作用；特异材料共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应影响等。
具体研究内容和目标如下：（1）双负材料及相关复合结构的带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式形成机理及其对电磁波脉冲传播过程的调控作用。
主要研究由双负性材料和正常材料构成的周期、准周期及非周期等结构中电磁波的群速度、脉冲延迟和脉冲形变等输运问题，建立与完善基于微带及共面波导的特异材料制备与测试平台。
通过材料色散关系的选取、各成分排列次序和组合规则的选择以及实验参数的误差控制等对电磁波在双负材料中的传输特性及其潜在的实际应用进行更为深入的研究。
（2）单负材料及相关复合结构的带隙结构形成机理及其对电磁波脉冲传播过程的调控作用。
主要研究由电单负材料和磁单负材料构成的周期、准周期及非周期等结构中电磁波的群速度、脉冲延迟和脉冲形变等输运问题。
研究两种单负材料界面处高度局域的隧穿模的形成机理及其对电磁波的调控作用，如基于隧穿模式的耦合作用、分频作用等。
重点研究结构参数以及两种单负材料色散关系的选取与组合对上述隧穿模式局域特性的影响、隧穿模局域程度的表征方法等问题。
（3）特异材料微结构中的量子光学过程及其经典对应。
研究处于该结构中原子系统的辐射特性以及光子的量子调控行为，揭示特异材料对光子行为的修饰作用以及量子光学过程的影响。
研究局域共振结构诱导的光调控新效应，如量子光学中的原子跃迁吸收电磁感应透明、原子自发辐射量子干涉抑制等现象在光子晶体中的经典对应。
研究特异材料微结构对宏观量子现象如Casmir力的调控机理。
（4）利用特异材料及其复合周期结构的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件，如利用隧穿效应研制新型飞行器天线罩、利用动力学调控特异材料研制用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。
（5）发表论文20－30篇，申请专利5－7项，提供一到两项演示性原理器件。
承担单位：同济大学项目负责人：陈鸿主要学术骨干：张冶文，李宏强，李云辉，许静平，江海涛经费比例：24％课题二、光子晶体中光传输新效应及其应用研究主要研究三维光子晶体缺陷的引入与三维光波导和微腔的设计与制备，从而实现在三维空间内对光子的操控，为三维光子晶体器件的发展提供物理基础；发展全光集成光路中光子晶体波导和微腔的理论体系，研制基于光子晶体的光子集成回路；发展光子晶体与电子量子受限系统复合结构中光电耦合理论，研究微纳结构光子晶体中光量子调控产生激光的基本过程，研制光子晶体激光器；研究特殊结构光子晶体如具有手征特性的磁光光子晶体的光调控新效应。
具体研究内容和目标如下：（1）微波波段三维光子晶体中三维光网络及集成光学器件的研究。
深入探索和完善三维 woodpile光子晶体结构中三维光传输控制网络和光学器件的设计、构建和测量；构建二维/三维混合结构光子晶体，并在此结构中设计并实验实现各种三维光传输网络和三维结构的光学器件；探索三维光子晶体中的慢光效应和新颖量子光学效应。
（2）磁光光子晶体特性及光传输新现象和新效应的研究。
分析磁场对光子晶体能带结构产生的影响和能带变化对各种光学现象的影响; 分析磁光光子晶体中引入各种缺陷如点缺陷、线缺陷等所产生的光学现象，重点考察由于时间反演对称破缺引起的电磁波边缘态产生和单向传输现象，以及在波导中引入障碍物对单向导通的影响; 探索在普通电介质光子晶体中引入各种磁光材料构成的缺陷，如点缺陷、线缺陷等产生的新奇电磁波传输现象。
（3）光子晶体高Q纳米微腔及其与量子体系相互作用的研究。
发展纳米加工技术和微区精密光谱测量技术，制作基于硅平板的二维光子晶体微腔，测量其光学特性，摸索工艺过程，提高微腔的品质因子；探索光子晶体高Q纳米微腔与原子或者半导体量子点相互作用，分析基本的量子光学物理量的变化性质，包括Rabi分裂，自发辐射寿命等；分析高Q微腔里调控光与量子态耦合作用的各种物理机制，探索将量子态的调制与光子集成器件相结合的物理方案和技术路线。
（4）新型光子晶体激光产生原理及器件的研究。
研究特殊结构光子晶体如Anderson光子晶体中，新型激光振荡产生的基本过程；通过理论和实验研究光子人工微结构中光子态对量子受限结构电子态的布局分布、位相调制和辐射跃迁的新效应，发展光子晶体与电子受限系统复合结构中的光电耦合理论；通过分析特定激光振荡模式在光子晶体中的局域特性、共振隧穿特性、反常色散特性、慢光特性等，探索获得高性能激光的基本原理及设计思想；设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器；研究和完善新型激光光源的测试原理和方法。
（5）在国内外申请发明专利5－7项，在SCI杂志上发表论文20－30篇。
承担单位：中科院物理研究所、中科院半导体研究所项目负责人：李志远主要学术骨干：郭良，张道中，梁宏伟，方高瞻，刘荣鹃经费比例：30％课题三、关联光子学微结构的非线性光学特性与调控机理研究主要围绕关联光子学微结构的新型可控制备和非线性光学特性及其调控的新原理、新技术和新效应开展研究。