光子晶体薄膜中倒空间拓扑涡旋的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774063
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2002.凝聚态物质力热光电性质
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Vortex, a fundamental topological excitation featuring the in-plane winding of a vector field, is directly related with lots of robust topological properties. Although vortices are widely observed in various areas such as fluid dynamics and superconductors, they were almost found exclusively in the real space. Directly observing vortices in reciprocal space is still challenging. .Here, we plan to experimentally observation and study of reciprocal space topological vortices in photonic crystal slabs by using home-made angle-resolved micro-spectroscopic techniques. Due to the compactness of the polarization vectors in optics and the symmetry properties of photonic crystals in real and reciprocal spaces, there could be vortices as the winding of far-field polarization vectors in the Brillouin zone of photonic crystal slabs. And the Bloch state at the vortex singularity is trapped in the slab, so called bound states in the continuum. By direct observing those vortices in reciprocal space, it could help us to deeply understand the topological nature in optics. Further researching on the relationship between those vortices and the structure parameters of photonic crystal slabs, such as symmetries and filling fraction etc., we could analyze and mimic the generation and annihilation of vortices, leading to control those vortices as will. Our proposal could help us to finally realize high Q factor cavity and low threshold lasers.
作为空间矢量场的一类面内构型,涡旋被认为是最基本的拓扑激发并与诸多稳定的拓扑性质相关。尽管涡旋已经被发现存在于诸多物理体系,比如流体动力学和超流超导体系之中,但可被直接观测到的涡旋大多存在于实空间。对于倒空间中的涡旋,至今难以被直接观测。.本课题拟利用自主开发的显微角分辨光谱测量技术实现对光子晶体薄膜倒空间中的拓扑涡旋进行直接的实验观测研究。由于光场偏振矢量的紧致性和光子晶体在实空间和倒空间的对称性,光子晶体薄膜在倒空间中可能广泛的存在偏振矢量涡旋。而这些涡旋的奇点又和具有高品质因子的连续谱中束缚态紧密的联系在一起。通过直接观测这类倒空间中的涡旋态,有利于深入理解拓扑的物理含义以及连续谱中束缚态的拓扑本质。进一步研究倒空间涡旋态随对称性等结构参数的依赖关系,分析涡旋的产生和湮灭机理,可以最终实现对倒空间涡旋的调控和相关方面应用,比如高品质光学微腔和低阈值激光器等。

结项摘要

光子晶体薄膜中动量空间偏振涡旋是最基本的拓扑激发之一。动量空间偏振涡旋具有丰富的拓扑性质,而偏振涡旋的奇点和具有高品质因子的连续谱中束缚态紧密的联系在一起。进一步研究动量空间偏振涡旋随对称性等结构参数的依赖关系,分析涡旋的产生和湮灭机理,可以最终实现对光场的有效调控和相关方面应用,比如涡旋光束的产生和光束的横向位移等。.本项目实施过程中,主要研究了:第一利用自主开发的动量空间光谱测量技术实现对光子晶体薄膜倒空间中的拓扑涡旋直接观测,第二从理论上研究对称性破缺导致的BICs向圆偏振态的演化机制,第三利用光子晶体薄板动量空间中偏振场,实现无需对准的新型波前调控光学平板器件的应用,第四理论上研究具有高旋转对称性的准周期光子晶体薄板结构中的偏振涡旋,第五利用光子晶体薄板动量空间中偏振场,实现光束在垂直入射情况下的横向位移的应用。发表SCI论文30余篇,主要包括3篇Physical Review Letters,1篇Nature Photonics封面和1篇Nature Communications。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Facile full-color printing with a single transparent ink.
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  • DOI:
    10.1126/sciadv.abh1992
  • 发表时间:
    2021-09-24
  • 期刊:
    Science advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Li K;Li T;Zhang T;Li H;Li A;Li Z;Lai X;Hou X;Wang Y;Shi L;Li M;Song Y
  • 通讯作者:
    Song Y
Frequency Scanning Single-Ridge Serpentine Dual-Slot-Waveguide Array Antenna
频率扫描单脊蛇形双槽波导阵列天线
  • DOI:
    10.1109/access.2020.2989318
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yin Weishuang;Chen Ang;Liang Xiuye;Shi Lei;Guan Fang;Liu Xiaohan;Zi Jian
  • 通讯作者:
    Zi Jian
Plasmonic band structures and its applications
等离子体能带结构及其应用
  • DOI:
    10.7498/aps.69.20200193
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Liu Liang;Han De-Zhuan;Shi Lei
  • 通讯作者:
    Shi Lei
Thin-film neural networks for optical inverse problem
用于光学逆问题的薄膜神经网络
  • DOI:
    10.37188/lam.2021.027
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    LIGHT-ADVANCED MANUFACTURING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fan, Lingjie;Chen, Ang;Zi, Jian
  • 通讯作者:
    Zi, Jian
Ultrafast Response of a Hybrid Device Based on Strongly Coupled Monolayer WS2 and Photonic Crystals: The Effect of Photoinduced Coulombic Screening
基于强耦合单层 WS2 和光子晶体的混合器件的超快响应:光诱导库仑屏蔽的效果
  • DOI:
    10.1002/lpor.201900419
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Laser & Photonics Reviews
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Tang Yuxiang;Zhang Yanbin;Ouyang Hao;Zhao Maoxiong;Hao Hao;Wei Ke;Li Han;Sui Yizhen;You Jie;Zheng Xin;Xu Zhongjie;Cheng Xiangai;Shi Lei;Jiang Tian
  • 通讯作者:
    Jiang Tian

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  • 期刊:
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  • 作者:
    石磊;陈涛;李永华
  • 通讯作者:
    李永华
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  • DOI:
    10.14188/j.1671-8836.2017.06.010
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    武汉大学学报(理学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石磊;刘华;魏玉梅;马明;杨鹏
  • 通讯作者:
    杨鹏
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  • DOI:
    10.16410/j.issn1000-8365.2021.08.004
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    铸造技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈华;余爱武;叶青;齐海雁;施祥玲;杨成刚;石磊;皮刚
  • 通讯作者:
    皮刚
6082铝合金MIG焊接头力学性能与微观组织研究
  • DOI:
    10.13846/j.cnki.cn12-1070/tg.2017.05.013
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    焊接技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石磊;聂甫恒;许晨玲;焦兴贵;董红刚
  • 通讯作者:
    董红刚
江苏中部潮滩长期演变规律及其受米草生长影响
  • DOI:
    10.14042/j.cnki.32.1309.2021.04.013
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水科学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚政;石磊;靳闯;张茜;赵堃
  • 通讯作者:
    赵堃

其他文献

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学习理论中的高维逼近问题
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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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