第200次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

元激光与任意辐射控制
宋清海教授哈尔滨工业大学（深圳）

激光（LASER）作为 20 世纪最伟大的发明之一，在现代科技与工业领域发挥着不可替代的关键作用。其应用范围极为广泛，从基础科研到前沿产业，涵盖光通信、精密测量、医学成像、材料加工乃至可控核聚变等众多重要领域。传统教科书通常强调激光的单色性、高亮度、方向性等基本特性，以及受限于光学腔体结构而产生的特定光斑形貌。然而，随着新型激光技术的快速发展，当代激光的物理特性和形态已远远超越了传统教科书描述的范畴，展现出更为丰富多样的技术特征和应用潜力。本报告将以纳米激光为主题向大家介绍我们课题组近年来的主要研究进展，以我们近期的 BIC 激光研究和手性激光为基础，融合超构表面最终实现辐射场可精确定制的元激光。
智能纤维器件与装备驱动的体域物理工程
陶光明教授华中科技大学

通过将多种光电功能材料以跨尺度结构集成在柔性智能纤维中，可精准、快速且持续性感知和调控人与物质交互过程中光、热、电、力等多物理参量的变化。我将介绍本团队在智能纤维器件与装备领域方面的最新研究进展：1)研制了一种基于纤维内纳米颗粒和纤维间微米结构的跨尺度宽光谱光热精准调控织物器件，实现汽车和人体的有效被动降温；2)开发了一种无感化生命体征监测装备，通过“无感化交互传感-全覆盖实时传输-云边端协同处理”三位一体技术，对人体进行长期、实时、无感化的监测心率、呼吸、体温、动作模态等体征信息；3)研制了一种微创医疗纤维机器人“Fiberbots”，通过精确导航和能量传输的协同设计，实现了一种新型的体内导航-任务-循环的介入平台。
原子时空尺度上的光场极端约束
童利民教授浙江大学

将光约束到更小的空间和时间尺度上，是更深入地研究光与物质相互作用并发展新型光基技术的重要途径。通常，受制于光学衍射极限等因素，在光学远场进行光场约束难以超越光的半波长或半周期。最近，基于电动力学和测不准关系，我们提出在原子时空尺度（空间0.1nm 量级，时间 0.1fs 量级）上的光场极端约束方法：在空间尺度上，我们提出介电纳米狭缝波导中束缚电子的相干极化，在空间近场中局部约束缝隙波导模场，在可见及近红外波段获得约束程度达0.3nm（优于 1/2000 真空波长）、峰值-背景比高于 20dB 的极端约束相干光场。在时间尺度上，我们提出基于逆康普顿散射将空间约束转换成时间约束的理论方案，在时间近场中获得脉宽短至 1/10 周期的飞秒或阿秒光脉冲。上述研究结果有希望为光与物质相互作用研究提供超越目前时空分辨极限的分辨率。
等离激元与激子的相互作用
魏红研究员中国科学院物理研究所

金属纳米结构的表面等离激元可以将光场束缚在纳米尺度空间，极大地增强局域电磁场强度和局域光学态密度，实现突破衍射极限的光场操控。等离激元纳米结构与量子发光体的耦合体系为增强和调控纳米尺度光与物质的相互作用提供了优异的平台。一方面，等离激元可以调控激子的激发和辐射，另一方面，其极小的模式体积非常有利于在室温下实现等离激元与激子的强耦合。等离激元与激子相互作用的研究对于纳米尺度光与物质相互作用的基础科学和相关应用具有重要意义。本报告将主要介绍我们在纳米线等离激元与量子点及二维材料激子相互作用方面的研究工作。
基于波函数含时演化的大尺度第一性原理计算方法
袁声军教授武汉大学

凝聚态物理中的第一性原理计算，通常依赖于定态薛定谔方程的求解，需要通过矩阵对角化运算获得电子的能量本征值和本征态。然而，这类计算的复杂度与体系规模呈三次方关系，难以应用于周期性破缺或周期性很大的复杂多原子体系。本报告重点探讨如何将各类求解问题从定态薛定谔方程转化为含时薛定谔方程，以绕过对角化运算，从而实现多原子体系电学、光学、输运、磁性和等离激元等性质的大尺度第一性原理计算。新方法的计算复杂度与体系规模呈线性关系，将模拟体系的原子数提升数个数量级，不仅适用于基于二次量子化的紧束缚模型（TBPM 方法和 TBPLaS 软件），还可应用于基于单电子近似的密度泛函理论（DFPM 方法和 ABPLaS 软件）。

第200次：纳米光学与沙漠治理