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张国权

单位:南开大学物理科学学院

研究方向:纳微结构非线性光学、光子局域与光调控;量子相干光子学。

个人主页: http://my.nankai.edu.cn/wlxy/zgq/list.htm


个人简介

1998年获南开大学理学博士学位,并留校任教(讲师),1999年7月晋升为副教授。1999年赴瑞士苏黎世联邦工学院量子电子研究所做博士后一年,2000年~2002年获日本学术振兴会(JSPS)资助,在日本电气通信大学从事博士后研究。2002年3月回国工作,同年入选教育部优秀青年教师资助计划,并晋升为教授。2004年被批准为博士生导师,入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。天津市“131”工程第一层次人选。现为《激光技术》、《激光与光电子学进展》编委。美国光学学会高级会员(OSA Senior Member)。 主要从事非线性光物理和光调控方面的研究,在光速调控、纳微结构体系的光传播与光调控、光折变非线性材料、效应和器件应用等方面取得了系列成果。已在Physical Review Letters,Advanced Materials, Scientific Reports, Applied Physics Letters 和Optics Letters 等国内外重要学术刊物上发表论文120余篇,被他引700余篇次,其中部分成果被Springer 和Transworld Publishing等公司出版的相关英文专著系统引用介绍;主编由美国光学学会出版的第99 卷Trends in Optics and Photonics Series(TOPS99),编撰英文专著章节2章(Springer, 2007;DE GRUYTER, together with Shanghai Jiao Tong University Press, 2015)。获第九届天津青年科技奖(2008),国家自然科学二等奖(第四完成人,2005),天津市自然科学一等奖(第八完成人,2002),国家教委科技进步三等奖(第六完成人,1997)。授权国家发明专利3项。



研究领域

一、纳微结构非线性光学、光子局域与光调控

与宏观均匀体介质不同,纳微结构体系的色散与衍射效应具有可设计性,这为人们利用纳微结构实现光传输的调控提供了方便。其中,纳微结构体系中的光场局域态以及光传输过程中的类量子效应对于控制体系中光场的传输以及光与物质的相互作用将起到关键性的作用,这使得人们一方面有可能在纳微尺度上控制光的传播和相互作用;另一方面,也为原子、分子等微观粒子和量子点材料等提供了独特的电磁环境,在激光、光学信息处理、量子信息以及传感等领域具有重要的实际应用价值。


利用非线性光诱导技术可以在非线性介质中制备各种组态的非线性光子学晶格。我们在掺铁铌酸锂晶体中利用光诱导技术制备了对角四方光子学晶格,并在晶格格点(或者格点间隙)正入射和布拉格匹配入射激发条件下实现了带隙孤子(Appl. Phys. Lett. 91, 131111 (2007))。在掺铁铌酸锂晶体中利用光诱导技术制备了大面积二维光子学晶格薄板,研究发现该体系综合了点阵体系的布拉格衍射效应、离散衍射效应和阵列导波效应等线性光学性质。更为有趣的是,随着体系光学非线性效应的增强,该体系支持光学离散孤子的传输。由于该体系具有易于引入点阵结构缺陷、制备不同结构点阵的界面以及集成不同结构的功能单元等优点,为发展芯片式集成微光子学器件和迴路提供了平台(Opt. Express 17, 23078 (2009))。研究表明,在光子学晶格中光波沿传播方向的演化规律在数学形式上与薛定谔时间演化方程类似,其传播特性由晶格的带隙结构和光激发条件共同决定。基于此,我们提出了周期光学势阱中基于传播常数量子化的光传播线性横向局域机制,利用该机制可以在光子学晶格体系中实现光波的线性横向局域传输(Opt. Express 18, 20170 (2010))。


最近,我们的工作主要集中在纳微结构的非线性光学效应、光局域、类量子效应与光调控等方面的工作。


二、慢光、超光速及其应用

光速的调控不仅有助于人们理解光的传播及其与物质相互作用的基本物理规律,而且在光延迟线、光存储、光缓存、光学非线性增强和高灵敏度测等方面具有重要的应用前景。近一个世纪以来,人们一直努力试图对光波的传播速度进行调控,然而直到最近,光速调控方面的研究才取得突破性的进展。目前,光速调控及其应用方面的研究,尤其是在固态介质中的进展十分迅速。


基于光波非线性位相耦合过程的色散效应可以在各种非线性介质中在室温下实现慢光和超光速传输。比如,我们可以在室温下在BSO晶体中将光速降到0.05 m/s(Phys. Rev. Lett. 93, 133903 (2004)),实现光脉冲 -5.7m/s 的超光速传输,同时发展了频差扫描、光强调控以及外场调控等光速调控技术,实现了超光速传输和超慢光速传输之间的转换调控(Opt. Express 13, 8198 (2005))。该光速调控机制具有普适性,在经典光折变材料、GaAs-AlGaAs 多层量子阱材料、红宝石、CS2 和茶溶液、染料掺杂(如R6G)的有机玻璃PMMA等具有光折变非线性、饱和非线性、热光非线性或者克尔非线性等的非线性介质中均可实现由光波非线性位相耦合色散效应引起的光速调控(Appl. Phys. Lett. 92, 021121 (2008); Appl. Phys. Lett. 95, 171106 (2009); J. Appl. Phys. 108, 063101 (2010))。由于该光速调控机制能够在室温下工作,具有宽广的工作频谱,可选工作介质丰富以及低阈值光强工作等特点,受到了广泛的关注。


上述光速调控新机制及相关方面的工作被选编入由Springer公司出版的专著《Photorefractive Materials and Their Applications 3》(Springer Series in Optical Sciences, Vol.115, 2007)中(Chapter 10: Slow and fast lights in photorefractive materials)。此外,在GaAs-AlGaAs 多层量子阱中有关光速调控方面的论文(J. Appl. Phys. 108, 063101 (2010))入选Journal of Applied Physics当月被下载次数最高的20篇论文之一。


最近,我们的工作主要集中在产生慢光的新机制、慢光非线性效应及其应用等方面的研究。


三、量子相干光子学

我们在电磁感应透明(EIT)介质中记录了原子相干全息光栅,从实验上观测到基于电磁感应透明(EIT)效应的光脉冲存储和复现的布拉格角度选择性。相对于经典体全息术而言,原子相干全息术不仅能够记录光波位相和振幅的空间分布信息,而且能够记录光波位相和振幅的时域信息,从而能够实现光脉冲时—空信息的完全存储和复现。基于原子相干全息光栅的布拉格角度选择性,我们利用角度复用技术在Pr3+:YSO 晶体的同一空间位置实现了多个光脉冲的存储,并进一步实现了可寻址双通道全光缓存操作(Phys. Rev. A 80, 033816 (2009))。基于原子相干全息术还可实现位相共轭光脉冲的存储和提取,利用位相共轭光脉冲实现对光脉冲位相畸变的修复(Phys. Rev. A 83, 043825 (2011))。此外,我们基于改进的迈克尔逊干涉仪实现了激光的二阶亚波长干涉(Phys. Rev. A 82, 013822 (2010))。


最近,我们的工作主要集中在量子图像处理、电磁感应透明、原子相干全息术及其应用等方面的研究。


四、光折变弱光非线性材料、效应与器件应用

光折变弱光非线性在 40 余年的研究与发展历程中,发现了光激发载流子带输运效应、两波耦合能量转移效应、光折变空间孤子、空间荷电波以及带间光折变效应等一系列新效应,发展了动态光栅及其固定技术、海量全息存储、位相共轭镜、动态全息干涉术和光速调控等一系列应用,在实时全息术、光信息处理和光束矫正和整形等方面有重要的实际应用,并进一步推动了LiNbO3、KNbO3 和BaTiO3 等电光材料、InP 与量子阱半导体材料、玻璃材料以及液晶与有机高分子等光折变材料的发展。


我们采用多三波相互作用机制系统地解释了局域响应光折变材料如铌酸锂晶体中对称扇形噪音的成因(J. Opt. Soc. Am B 14, 2823 (1997)),进一步对双掺铌酸锂晶体的光致光散射光强阈值效应作出了合理的解释(Opt. Lett. 22, 1666 (1997); J. Appl. Phys. 83, 4392 (1998)),并预言了双掺铌酸锂晶体存在最佳工作光强效应(J. Opt. Soc. Am B 16, 905 (1999))。此外,在光折变全息存储(Appl. Phys. Lett. 77 (22), 3508 (2000))、光折变噪音抑制(Appl. Opt. 36(8), 1815 (1997))、铌酸锂晶体的紫外光折变效应(Phys. Rev. B 70, 094101 (2004))、液晶的取向光折变效应(J. Appl. Phys. 88, 1709 (2000))等方面开展了较系统的工作,如发现双掺铌酸锂晶体(如 LiNbO3:In,Fe)的单色全息记录具有准非挥发效应(Appl. Phys. Lett. 81, 1393 (2002));发现高掺Mg2+铌酸锂晶体具有很强的紫外光致吸收增强效应(J. Appl. Phys. 91(7), 4177 (2002))。


最近,我们的工作主要集中在铌酸锂晶体的紫外带边光折变效应及相关缺陷结构的研究。

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