前沿光学综合(前言).ppt

前沿光学综合近代光学的发展激光器的发明不仅提供了光频波段的相干电磁波振荡源，而且对时至今日的无线电频率下的许多电子学的概念、理论和技术原则上均可延伸到光频波段，如振荡、放大、倍频、混频、参量、调制、信息处理、通信、雷达以至计算机等。生物技术光子器件与电子器件性能比较光子器件与电子器件性能比较光子学在创造科学技术的顶峰光子学在创造科学技术的顶峰光子学在创造科学技术的顶峰2015国际光年1905年爱因斯坦的光电效应理论和1915年通过广义相对论将光列为宇宙学的内在要素，以及1965年彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景，同年高锟提出光在纤维中的传输，以用于光学通信。2015年是光学界许多里程碑式发现发明的周年纪念。
联合国大会已经宣布2015年为国际光年，希望以此纪念千年来人类在光领域的重大发现，强调推动可持续发展、解决能源、信息、教育、农业和卫生等世界性问题的光技术的重要性

2015年国际光年已获得联合国全体成员的支持，将由国际上包括IEEE，CIE，SPIE等50个国际学术科研团体联合举办。中国光学学会也把纪念国际光年的活动列为2015年的重要议事日程。尺度：几何光学—物理光学—纳米近场光学
（远场）（近场）
矩阵光学微型光学—集成光学—纳米光子学
线性光学—非线性光学
维数：体材料—波导材料（导波光学，纤维光学）
（高维）（低维）(表面等离子体光学)
(无序)(有序)(光子晶体)
经典光学—量子光学（电磁场用光子态波函数表示）

"纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。"
------钱学森院士表面等离子体(SPs)亚波长光学表面等离子体(SurfacePlasmons,SPs)是沿着导体(金属)表面传播的波，电磁场在垂直于金属表面方向指数衰减，局域在金属表面。
表面等离子体激元(SurfacePlasmonPolaritons,(SPPs))是光波与可迁移的表面电荷（例如金属中自由电子）之间相互作用，产生的电磁模。
通过构造金属表面结构，可改变其性质、色散关系，激发模式，耦合效应，实现对光子行为的调控。SPs的基本性质SPs的激发方式SPs的四个特征长度参数
是SPPs的电磁场穿透进金属中深度，δm∽30纳米（可见光、银膜）
是SPPs的电磁场穿透进与金属紧贴的介电材料中深度，可见光波段：δd<λ0，红外波段：δd>λ0。
是SPPs的传播长度，要使其增长，则要求金属的介电常数具有一个大的负实部和小的虚部，即低损耗的金属材料。
是SPPs波长，小于激发光波长λSPs光子学器件2013.11ChenSPs研究的发展方向光子晶体指的是一种由介电质周期性分布所形成的微结构系统，它通常具有很高的折射率对比，其周期大小一般为光波长量级。光子晶体:随空间周期性变化的新型光学材料，变化周期一般为波长量级，可有效控制光子在其内部的运动1991年，Russell等人根据光子晶体传光原理首次提出了光子晶体光纤（PCF）的概念。

1996年，英国南安普顿大学的J.C.Knight等人研制出世界上第一根PCF，之后在光纤通信等光学研究领域中，PCF引起了全世界的普遍兴趣。

光子晶体光纤是一种基于光子晶体的新型光学光纤.能将光束缚在空芯或者说具备普通的光纤不具备的光束缚性,此名词是由PhillipRussell于1995-1997提出地,还有一些其他的叫法比如微结构光纤,光子带隙光纤,多孔光纤(holeyfiber).

宽频带的单模性质对于标准阶梯型光纤，允许的导模数量取决于归一化频率参量V,

当V<2.405时，光纤才是单模的。普通光纤存在截止波长，只有当传输光的波长大于截止波长时才有可能实现单模传输。
光子晶体光纤不存在截止波长。用有效折射率模型可以很好的解释这一现象，我们定义有效折射率为包层的、以光强分布为权重的平均折射率，于是在光子晶体光纤中

一般波长越短，场分布越趋于折射率较高的区域，这就意味着增加了有效折射率，从而扩展了单模传输带宽

不同寻常的色散
真空中材料色散为零,空气中的材料色散也非常小。
使得空气芯PCF的色散非常特殊。由于光纤设计很灵活只要改变孔径与孔间距之比,即可达到很大的波导色散,还可使光纤总色度色散达到所希望的分布状态。如零色散波长可移到短波长,从而导致在短波长实现光弧子传输;具有优良性质的色散平坦光纤(数百nm带宽范围接近零色散);各种非线性器件以及色散补偿光纤(可达2000ps/nm·km)都应运而生。
高双折射现象

普通光纤具有一些小扭转、弯曲、拉伸等不可控因素导致的不可控双折射，但一般不支持偏振模。它们要取得双折射的方式主要有两种：一是使截面非圆形；二是使光纤本身材料具有双折射。这两种方式在技术上都较难实现。

光子晶体光纤中可