CAREER: Microscopic Study of Photon Localization

职业:光子定位的微观研究

基本信息

  • 批准号:
    0814025
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-01-01 至 2010-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In a highly disordered medium, light may be localized in small regions of the size on the order of an optical wavelength. So far most experiments on photon localization are performed on the macroscopic level. We propose microscopic studies of photon localization using a near-field scanning optical microscope and a scanning electron microscope. The interplay of light localization and coherent amplification is a fascinating new field of research. We will investigate the effect of optical gain on light diffusion in a random medium. In addition to experimental studies, we will simulate photon localization numerically with a new approach based on the finite-difference time-domain method. The proposed interdisciplinary research will make a significant impact on condensed matter physics, optics, and laser physics. The proposed educational activities include: (1) establishment of a new multidisciplinary course, Applications of Optics in Medicine and Environmental Science; (2) initiation of an outreach program through the World-Wide-Web; (3) involvement of undergraduate students and high school science teachers in leading-edge research work. %%%Light scattering is a common phenomenon, occurring in clouds and human tissue. The behavior of light in disordered media is of great interest not only to physicists, but also to biologists. One extraordinary phenomenon is photon localization: light can be "trapped" in a micrometer-sized random medium. So far there has been no direct evidence of photon localization. With the recent advance of nanotechnology, we propose to use nanometer-sized tips to directly probe localized photons. In addition to experimental studies, we will calculate photon localization with a new numerical simulation method. By comparing the simulation result with the experimental data, we will gain a deep insight of photon localization and its difference from electron localization. The proposed interdisciplinary research will make a significant impact on condensed matter physics, optics, and laser physics. The proposed educational activities include: (1) creation of a new multidisciplinary course, Applications of Optics in Medicine and Environmental Science; (2) initiation of an outreach program through the World-Wide-Web; (3) involvement of undergraduate students and high school science teachers in leading-edge research work.***
在高度无序的培养基中,光可能位于光波长的尺寸的小区域中。到目前为止,关于光子定位的大多数实验都是在宏观水平上进行的。我们建议使用近场扫描光学显微镜和扫描电子显微镜对光子定位进行显微镜研究。光定位和连贯放大的相互作用是一个引人入胜的研究领域。我们将研究光学增益对随机培养基中光扩散的影响。除了实验研究外,我们还将使用基于有限差分时间域方法的新方法在数值上模拟光子定位。拟议的跨学科研究将对凝结物理,光学和激光物理学产生重大影响。拟议的教育活动包括:(1)建立新的多学科课程,《光学在医学和环境科学》中的应用; (2)通过全球网络启动推广计划; (3)本科生和高中科学教师参与领先的研究工作。 %% %%光散射是一种常见现象,发生在云和人体组织中。无序培养基中光的行为不仅对物理学家,而且对生物学家引起了极大的兴趣。一种非凡现象是光子定位:可以在微米大小的随机培养基中“捕获”光。到目前为止,还没有直接的光子定位证据。随着纳米技术的最新发展,我们建议使用纳米尺寸的尖端直接探测局部光子。除了实验研究外,我们还将通过一种新的数值模拟方法来计算光子定位。通过将仿真结果与实验数据进行比较,我们将深入了解光子定位及其与电子定位的差异。拟议的跨学科研究将对凝结物理,光学和激光物理学产生重大影响。拟议的教育活动包括:(1)创建新的多学科课程,《光学在医学和环境科学》中的应用; (2)通过全球网络启动推广计划; (3)本科生和高中科学老师参与领先的研究工作。***

项目成果

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