光場(chǎng)調(diào)控

1、項(xiàng)目名稱：光場(chǎng)調(diào)控及與微結(jié)構(gòu)相互作用研究首席科學(xué)家：王慧田南開大學(xué)起止年限：2012.1至2016.8依托部門：教育部天津市科委一、關(guān)鍵科學(xué)問題及研究?jī)?nèi)容擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題：針對(duì)前沿科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)以及國(guó)家重大需求，以現(xiàn)有工作積累為基礎(chǔ)，集中有限目標(biāo)、深入開展具有重大科學(xué)意義和原始創(chuàng)新的工作。目前，開展激光與相關(guān)應(yīng)用研究，所用激光絕大多數(shù)為具有均勻偏振態(tài)分布的標(biāo)量光場(chǎng)。本項(xiàng)目集中深入開展空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)相關(guān)研究，不僅具有重大科學(xué)意義，而

2、且有望為下一代信息技術(shù)的發(fā)展提供一條新途徑，具有前瞻性和迫切性。光場(chǎng)調(diào)控、光場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)相互作用以及與電子態(tài)耦合的調(diào)控，以及在超分辨成像等方面應(yīng)用的探索是密不可分的一個(gè)整體。本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題如下：關(guān)鍵科學(xué)問題1：空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的基本問題；光場(chǎng)調(diào)控的新原理和新技術(shù)光場(chǎng)空域調(diào)控涉及偏振態(tài)、位相和振幅以及多參量聯(lián)合調(diào)控。尤其是偏振態(tài)調(diào)控自由度的引入以及新穎動(dòng)量和角動(dòng)量的出現(xiàn)，使得空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)具有許多新穎性質(zhì)。揭示空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)

3、律，發(fā)展描述空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的理論框架。在此基礎(chǔ)上，打破單一參量調(diào)控的局限，提出多參量聯(lián)合調(diào)控的新原理和新技術(shù)。關(guān)鍵科學(xué)問題2：空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的焦場(chǎng)工程；不同空間尺度光場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)相互作用機(jī)理具有不同空間尺度和新穎特性的焦場(chǎng)設(shè)計(jì)與控制，主要針對(duì)縱向場(chǎng)增強(qiáng)、新穎動(dòng)量和角動(dòng)量；具有新穎角動(dòng)量聚焦場(chǎng)的力學(xué)效應(yīng)及其在微操縱中的應(yīng)用。新型光場(chǎng)與物質(zhì)非線性相互作用的全矢量耦合波理論，尤其關(guān)注空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的時(shí)間反演問題。新穎動(dòng)量和角動(dòng)量以及縱向場(chǎng)對(duì)空間結(jié)構(gòu)光

4、場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)材料相互作用的影響。偏振態(tài)和位相的空間結(jié)構(gòu)與微結(jié)構(gòu)材料的空間結(jié)構(gòu)相互作用與耦合問題。關(guān)鍵科學(xué)問題3：具有新穎動(dòng)量和角動(dòng)量的光場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)中電子態(tài)耦合；空間關(guān)聯(lián)光量子態(tài)具有新穎動(dòng)量和角動(dòng)量的光場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)中電子態(tài)耦合的機(jī)理，及其動(dòng)量和角動(dòng)量守恒等基本物理問題；空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)所具有的新穎偏振態(tài)分布特性、新穎角動(dòng)量和強(qiáng)縱向場(chǎng)，對(duì)激發(fā)輻射過程的控制；空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)相互作用所致的空間關(guān)聯(lián)光量子效應(yīng)的基本物理問題；空間關(guān)聯(lián)光量子態(tài)與微結(jié)構(gòu)

5、材料空間結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理。關(guān)鍵科學(xué)問題4：極小空間尺度光場(chǎng)產(chǎn)生的原理與表征技術(shù)；極小空間尺度光場(chǎng)與電子態(tài)耦合遠(yuǎn)場(chǎng)極小空間尺度光場(chǎng)生成的新原理與新技術(shù)、物理描述、表征技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)構(gòu)建(包括偏振態(tài)、位相與振幅空間分布)。發(fā)展遠(yuǎn)場(chǎng)極小空間尺度光場(chǎng)與小量子體系作用的基本理論。遠(yuǎn)場(chǎng)極小空間尺度光場(chǎng)對(duì)微結(jié)構(gòu)物體和小量子體系的超分辨成像技術(shù)。提高近場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)的效率與空間分辨能力的新原理與新技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容:圍繞上述四方面擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，

6、擬深入開展如下四個(gè)方面研究。研究?jī)?nèi)容1:空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的基本問題、調(diào)控機(jī)理和制備技術(shù)(1)空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的基本問題和時(shí)空演化。揭示光場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)控機(jī)理和光場(chǎng)特性的影響規(guī)律。鍵技術(shù)。培養(yǎng)一支具有高科學(xué)素養(yǎng)、開拓精神、創(chuàng)新意識(shí)、思維活躍、立足國(guó)內(nèi)量子調(diào)控研究領(lǐng)域的科技人才，保證國(guó)家量子調(diào)控研究的可持續(xù)、高水平發(fā)展。五年預(yù)期目標(biāo):(1)闡明光場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)控機(jī)理和光場(chǎng)特性的影響規(guī)律，發(fā)展描述空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)及其時(shí)空演化的基本理論；建立具有新穎動(dòng)

7、量和角動(dòng)量的空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)創(chuàng)建的可控關(guān)鍵技術(shù)。(2)發(fā)展和完善光場(chǎng)空間調(diào)控的焦場(chǎng)理論，提出具有新穎動(dòng)量、角動(dòng)量和縱向場(chǎng)的焦場(chǎng)調(diào)控方案；建立具有不同空間尺度的連續(xù)波和飛秒焦場(chǎng)控制技術(shù)；實(shí)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)對(duì)微粒的操控，探索在空間微重力環(huán)境下對(duì)微小目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)。(3)建立空間結(jié)構(gòu)光場(chǎng)與微結(jié)構(gòu)材料非線性相互作用的全矢量耦合波理論；解決偏振態(tài)和位相的空間結(jié)構(gòu)與微結(jié)構(gòu)材料空間結(jié)構(gòu)的相互作用與耦合問題，建立相應(yīng)的位相匹配條件；發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新效應(yīng)，揭示新穎動(dòng)

8、量、角動(dòng)量和縱向場(chǎng)參與的非線性相互作用機(jī)理。(4)針對(duì)具有新穎角動(dòng)量、縱向場(chǎng)和空變偏振態(tài)的新型光場(chǎng)，研究其與微結(jié)構(gòu)相互作用及與電子態(tài)耦合的量子效應(yīng)；探討空間關(guān)聯(lián)光量子態(tài)的基本物理問題；提出在單分子探測(cè)和電子操控等應(yīng)用上的新原理和新方法。(5)建立遠(yuǎn)場(chǎng)極小空間尺度光場(chǎng)的生成與表征技術(shù)；揭示極小空間尺度光場(chǎng)與小量子體系電子態(tài)耦合的物理機(jī)制；發(fā)展具有納米空間分辨率的遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨成像的新原理和新技術(shù)。(6)做出高水平研究成果，在高水平和有影響力的