介电体微结构设计原理与应用技术
报送单位:南京大学 推荐单位:南京大学

支撑项目(平台):南京大学固体微结构实验室

参与单位:南京大学

所属学科:物理学、材料科学与工程、光学工程

主要贡献者:闵乃本、朱永元、祝世宁、王牧、陈延峰、陆亚林、陆延青、王慧田、王振林、吴迪、刘辉、卢明辉

成就简介:闵乃本等提出了介电体超晶格的概念,揭示了系列新颖的光、声效应,催生了畴工程学新学科,研制出基于介电体超晶格的集成光子芯片、中红外激光器,获2006年度国家自然科学一等奖及2005、2007、2015年度国家自然科学二等奖。

  闵乃本等于1986年提出了“介电体超晶格”的概念,将准晶等微结构引入介电材料, 建立了“多重准位相匹配理论”,发明了室温图案极化新技术,研制出多色激光准周期超晶格、全固态三基色和白光激光器样机;在光频波段,发现了基于在介电体超晶格的非线性切伦科夫辐射、弹性散射和非弹性散射,将拉曼散射强度增强了4-5个数量级;发展了多波动力学理论,预言了全新的光学双稳机制;发现了光波与超晶格振动间的强烈耦合,提出了“离子型声子晶体”的概念和微波吸收新机制;发展了微波近场显微术表征介电体超晶格的新方法;在声频波段,揭示了超声波在超晶格中激发与传播规律,研制成高频超声器件,填补了超声工程中体波器件从几百-几千兆周的空白频段。上述成果分别入选科技部1998年度、1999年度和2007年度我国基础研究十大新闻,教育部1999年度和2001年度中国高校十大科技进展。20多年的努力使得介电体超晶格从冷门变成国际热门领域,并在光电子学、声电子学、材料科学的交叉领域中催生了称为“畴工程学”的新学科。这一成果于2006年获国家自然科学一等奖。 
  此后,闵乃本、祝世宁等又成功将超晶格引进量子光学领域并率先研制出基于介电体超晶格的集成光子芯片,其纠缠光子产率、电光调制速率和功耗等指标都远超过国外最好研究组同期研制的硅基光子芯片,是固态量子芯片研究的重要突破; 将声学超晶格拓展至声子晶体,首先预言了声学双折射和声二极管效应;设计出新型光子芯片,初步实现了光的单向无反射传输,拓展了光子晶体及传统超构材料的研究领域;研制出光学超晶格高功率、可调谐中红外激光器系统,满足了国家对1.5-5.0微米中红外波段激光的重要需求;与著名光通信企业合作,研制出单片集成多波长激光阵列,可望在大规模光子集成、新型无源光网络系统等领域得到应用,目前已与地方合作成立新型研发机构,开展产业化探索。 
  本项目不仅取得了原创性成果,而且形成了一支团结和谐的创新团队,曾二次获国家基金委创新团队称号,拥有三支教育部创新团队,培养出5名长江学者计划特聘教授、5名国家杰出青年基金获得者,4名973计划首席科学家,1人获何梁-何利奖,3人获香港“求是”杰出青年称号, 2篇全国优秀博士论文, 其中祝世宁于2007年当选中国科学院院士。相关成果还曾获得2005年度、2007年度及2015年度国家自然科学二等奖 。
  总之,本项目在教育部、科技部、基金委、江苏省及所在单位多方支持下,在人才培养、科学研究、应用开发、社会影响等方面均取得了显著的成绩,实现了原创性全链条创新。

100838