开·云体育app下载安装 专题导读 | 新型光子晶体专题
|许秀来
（北京大学）
本文选自《物理》2026年第2期
作为基础科学那个重点分支的现代光学，于社会发展里发挥着关键作用，于科学研究当中发挥着关键作用，于学术创新之际发挥着关键作用 ，它借助信息技术变革深刻改变人们的生产方式以及生活形式，它在朝向微观粒子加上宏观宇宙行进探测的时候连续拓展人类那认知边界 ，并且光学同物理关联进行紧密的深度交叉 、和化学关联进行紧密的深度交叉 、与生物关联进行紧密的深度交叉 、对信息科学关联进行那么密那无发再深去紧交叉 的这种情况之时产出前沿研究以及创新成果，给咱们人类迈向文明那个行动过程里不停添加动力。比如说，激光跟光纤技术极大地提高了信息传输效率，医疗成像以及激光手术持续不断地更新诊疗手段，光伏和光谱技术对清洁能源开发与环境监测起到助力作用，高精度成像技术还拓展了天文探索跟生物分子检测的应用边界，诸如此类。
人类针对光的调控能力，历经了从几何光学起始kiayun手机版登录下载，到波动光学的过程，进而达到微纳结构精细调控的持续迈进。新型微纳光学结构得以出现，致使光学功能并非主要仰仗材料的本征性质，而是更多地取决于人工设计的微结构，以及其所构建的电磁环境，由此达成对亚波长尺度光场的精确塑造。这见证着光学步入“主动设计光场”的全新阶段。
以光子晶体作为典型代表，它是人工构筑的一类周期性介电结构，能为系统调控光的传播打造全新的物理平台。介电常数在空间呈周期分布时，光的传播会受能带结构约束，随后催生光子禁带、局域态与定向传输等丰富多彩的现象。“光子晶体”概念一经被提出，便很快发展成现代光学与光子学的重要研究方向，有力地促使了微纳光学、集成光子学和量子光学等领域取得进步。
光子晶体进行研究，大体经历了这样的演进过程kiayun手机版登录打开即玩v1011.玩看我最新关网.中国，即从理论预言开始，接着是实验验证，然后到器件化与集成化应用。早期工作是围绕光子带隙形成机制以及缺陷态调控来展开的，这当中不仅验证了光子能带理论，还催生了光子晶体波导以及高品质因子微腔等关键器件。随着纳米加工能力和多物理场表征技术不断发展，研究对象渐渐从理想周期结构拓展到准周期、多尺度和可重构体系了。
近年来，一系列新型光子晶体结构出现了，它们进一步拓展了光场调控的维度，也拓展了光场调控的深度。比如说，莫尔光子晶体是通过叠加周期结构的，这些周期结构存在微小失配，或者存在相对扭转，它引入了长周期调制，这个长周期调制远大于原晶格常数，它能够显著压低光子的有效动能，能形成近乎无色散的平带，还能增强光场局域。基于连续域束缚态的光子晶体与超构表面结构，它们利用对称性保护或者参数调谐来实现与辐射连续谱的解耦，能够支持超高。
Q值共振。
此外，拓扑光子晶体凭借构建具有非平凡拓扑不变量表征的能带形态结构，能够在界面位置或边缘之处形成那种针对缺陷以及无序情况均不敏感的拓扑状态模样，凭借这样的状态为鲁棒的光输送以及拥有高可靠性的光子器件给予了全新样式的物理范式表现。当光被限定于极小的体积范围之内并且同时与物质产生强有力的相互作用之时，该系统便可进而进入超强耦合甚至是深入强耦合的区域范畴，在这种时候，耦合的强度能够与系统自身的本征能量尺度相互等同，进而对于能级结构进行全新塑造并且诱发出现非经典量子现象，借助这些进程促使着光子晶体的研究能够朝着量子调控以及极端的光与物质相互行为作用的前沿方向迈进。
从总体方面来看，光子晶体是正持续朝着从单一周期样子的结构朝着多尺度样式的结构这般的方向，从局域响应朝着动量空间调控转化的方向，从经典器件迈进到量子极限调控的方向发展着的。本专题是聚焦于上述所讲的前沿进展情况的，是集中去展示人工光学结构当中光与物质相互作用的新的认识以及新方法的。伴随着先进制造技术进一步发展，以及那低维功能材料跟着进一步发展，还有量子技术也进一步发展并彼此融合，光子晶体有希望在大规模光子集成这个领域越发关键地发挥作用，在片上量子信息处理这个领域也越发关键地发挥作用，包括超灵敏探测领域以及新型光源等领域，也都能越发关键地发挥作用，并且会持续不断地拓展人类对于光场调控基本规律的认知边界，还会持续不断地拓展人类针对光—物质相互作用基本规律的认知边界。
新型光子晶体专题
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期刊介绍
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《物理》这本期刊，是由中国科学院物理研究所以及中国物理学会主办的，属于权威的物理类中文科普期刊kiayun手机版登录app游戏登录入口.手机端安装.cc，它注重把学科性跟科普性相互结合起来，秉持着“轻松阅读，享受物理”这样的办刊理念，集合了学科大家的力量，去追踪物理学方面的成果，为物理学领域提供服务，推动学科交叉，使得科学能够变得通俗易懂。它已经成为我国众多物理专业的大学生常读的刊物之一，也成为研究生常读的刊物之一，还成为物理学家案头经常会读的刊物之一。
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