各向异性多粒子散射系统和超平面结构中的多极子干涉效应

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874426
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2206.微纳光学与光子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In this project, we propose to introduce refractive index anisotropy into multi-particle scattering systems and metasurfaces, and then study the influence of refractive index anisotropy on resonant multipolar excitations and interferences, which can be utilized to control the magnitudes, phases and polarizations of the optical fields. The investigations in this project will not rely on the conventional method that involves only electric and magnetic dipoles, but consider comprehensively the excitations and interferences of all electric, magnetic and toroidal multipoles of different orders and different natures. We will investigate systematically the interplay among multipolar interferences, refractive index anisotropy, and the geometric symmetry of the structures, revealing the induced influences on the optical phenomena of Fano resonances, generalized Kerker scattering, anapole mode excitation and scattering invisibility, and so on. Based on this we further study metasurfaces, the functioning mechanism of which in principle is deeply related to multipolar interference effects in multi-particle scattering systems. We will reveal how to employ refractive index anisotropy to achieve reflection and transmission phase control, wave polarization conversion, and manipulation of the reflection, transmission and absorption rates within anisotropic metasurfaces. The introduction of refractive index anisotropy into metasurfaces will help to provide much more flexibilities for a full manipulation of various light-matter interactions, which can play a significant role in optical communications and optical component designs in the near future.
本项目提出将折射率各向异性引入到多粒子散射系统以及超平面结构中, 以研究折射率各向异性对多极子共振激发的影响, 并进而探讨基于多极子干涉的光场振幅、相位及偏振态的调控。该研究不依赖于传统的局限于电偶极子和磁偶极子的方法,而是全面考虑不同类别、不同阶数的电多极子、磁多极子、以及环形多极子的激发和相互作用。我们将系统研究多极子干涉、折射率各向异性、结构的几何对称性三者之间的相互作用及其对法诺共振、广义柯克散射、暗极子激发和散射透明等光学效应的影响。以此为基础,我们进一步考察以散射系统中的多极子激发和干涉效应为基本机理的超平面结构,并研究在超平面结构中如何利用折射率各向异性实现光场的反射和透射相位调控,偏振态转换,和光场反射、透射及吸收率的控制。将折射率各向异性引入到超平面结构能为全面调控激光与物质相互作用提供更多自由度,并有望在未来的光通讯和光学器件设计方面发挥重要作用。

结项摘要

米散射理论是电磁学中最基本、最重要的理论之一,它几乎贯穿于所有光学分支,并在民用和国防等诸多技术领域发挥着不可替代的作用。项目负责人专注于米散射领域的基础理论研究,通过引入全新的数学物理工具发掘米散射背后隐藏的对称和奇点特性,并揭示众多相关基础概念间的内在关联以及深层的数学和物理结构。本项目期间创新成果包括: (1)引入庞加莱-霍普夫定理,提出全域米散射理论;(2)揭示偏振奇点、非厄米简并、贝里相位、连续域束缚态、欧拉示性数等核心概念间的本质关联;(3) 将奇点理论引入手性光学领域并系统揭示如何利用偏振奇点实现手性响应的理想极限;(4) 融合电磁对偶、电磁互易、宇称守恒等原理研究几何对称结构的散射特性; (5) 证明电磁波的轨道角动量和相位涡旋是两个截然不同的概念,两者之间没有必然关联;并系统揭示了相位涡旋拓扑荷的全域演化规律以及背后深层的数学结构。本项目期间共发表SCI论文25篇(一作/通讯论文17篇),包括3篇PRL,1篇PNAS,1篇Science Advances, 4篇Laser & Photonics Reviews等。项目负责人提出的概念和原理广泛渗透到声学、生物医学以及纯数学等众多学科分支, 并在辐射制冷、电磁天线、光学成像、光电探测器等应用领域发挥了关键作用,为实现更加精准和高效的光和物质相互作用调控提供基础理论支持。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optical telescope with Cassegrain metasurfaces
具有卡塞格伦超表面的光学望远镜
  • DOI:
    10.1515/nanoph-2020-0012
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    NANOPHOTONICS
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Liu, Xuan;Deng, Junhong;Li, Guixin
  • 通讯作者:
    Li, Guixin
Polarization Singularities of Photonic Quasicrystals in Momentum Space
动量空间中光子准晶体的偏振奇点
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.127.043901
  • 发表时间:
    2021-07-22
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW LETTERS
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Che, Zhiyuan;Zhang, Yanbin;Zi, Jian
  • 通讯作者:
    Zi, Jian
Singularities and Poincare Indices of Electromagnetic Multipoles
电磁多极子的奇异性和庞加莱指数
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.122.153907
  • 发表时间:
    2019-04-19
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW LETTERS
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Chen, Weijin;Chen, Yuntian;Liu, Wei
  • 通讯作者:
    Liu, Wei
No general relation between phase vortices and orbital angular momentum
相位涡旋和轨道角动量之间没有一般关系
  • DOI:
    10.1088/1751-8121/ac80de
  • 发表时间:
    2022-09-16
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND THEORETICAL
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Berry, M., V;Liu, Wei
  • 通讯作者:
    Liu, Wei
Topological polarization singularities in metaphotonics
元光子学中的拓扑极化奇点
  • DOI:
    10.1515/nanoph-2020-0654
  • 发表时间:
    2021-05-01
  • 期刊:
    NANOPHOTONICS
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Liu, Wenzhe;Liu, Wei;Kivshar, Yuri
  • 通讯作者:
    Kivshar, Yuri

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其他文献

不同井下开采方向下采动边坡稳定性的研究
  • DOI:
    10.13827/j.cnki.kyyk.2018.05.015
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王创业;李俊鹏;刘伟;张琪
  • 通讯作者:
    张琪
Segmental analysis of antidepressant and antipsychotic drugs in the hair of schizophrenic patients
精神分裂症患者头发中抗抑郁和抗精神病药物的分段分析
  • DOI:
    10.1002/dta.2754
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Drug Test Anal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鑫;卓越;唐晓伟;强火生;刘伟;吴何坚;向平;段更利;沈敏
  • 通讯作者:
    沈敏
连片特困地区易地扶贫搬迁对农户多维贫困的影响研究
  • DOI:
    10.13448/j.cnki.jalre.2019.067
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    干旱区资源与环境
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘伟;徐洁;黎洁
  • 通讯作者:
    黎洁
基于核心专利群的专利规避范围界定方法研究
  • DOI:
    10.3785/j.issn.1006-754x.2015.02.003
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工程设计学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    穆秀秀;郭德斌;刘伟;曹国忠;檀润华;魏丛格
  • 通讯作者:
    魏丛格
地下采动条件下露天矿边坡覆岩移动规律研究
  • DOI:
    10.13827/j.cnki.kyyk.2018.04.016
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    矿业研究与开发
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王创业;李俊鹏;张琪;刘伟
  • 通讯作者:
    刘伟

其他文献

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刘伟的其他基金

大功率光纤激光受激拉曼散射动力学和横模热力学相互作用机理及优化
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24 万元
  • 项目类别:
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利用光致磁响应控制纳米结构的散射模式和散射力
  • 批准号:
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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