1、項目名稱：光場調控及與微結構相互作用研究首席科學家：王慧田南開大學起止年限：2012.1至2016.8依托部門：教育部天津市科委一、關鍵科學問題及研究內(nèi)容擬解決的關鍵科學問題：針對前沿科學問題、關鍵技術以及國家重大需求，以現(xiàn)有工作積累為基礎，集中有限目標、深入開展具有重大科學意義和原始創(chuàng)新的工作。目前，開展激光與相關應用研究，所用激光絕大多數(shù)為具有均勻偏振態(tài)分布的標量光場。本項目集中深入開展空間結構光場相關研究，不僅具有重大科學意義，而

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

3、律，發(fā)展描述空間結構光場的理論框架。在此基礎上，打破單一參量調控的局限，提出多參量聯(lián)合調控的新原理和新技術。關鍵科學問題2：空間結構光場的焦場工程；不同空間尺度光場與微結構相互作用機理具有不同空間尺度和新穎特性的焦場設計與控制，主要針對縱向場增強、新穎動量和角動量；具有新穎角動量聚焦場的力學效應及其在微操縱中的應用。新型光場與物質非線性相互作用的全矢量耦合波理論，尤其關注空間結構光場的時間反演問題。新穎動量和角動量以及縱向場對空間結構光

4、場與微結構材料相互作用的影響。偏振態(tài)和位相的空間結構與微結構材料的空間結構相互作用與耦合問題。關鍵科學問題3：具有新穎動量和角動量的光場與微結構中電子態(tài)耦合；空間關聯(lián)光量子態(tài)具有新穎動量和角動量的光場與微結構中電子態(tài)耦合的機理，及其動量和角動量守恒等基本物理問題；空間結構光場所具有的新穎偏振態(tài)分布特性、新穎角動量和強縱向場，對激發(fā)輻射過程的控制；空間結構光場與微結構相互作用所致的空間關聯(lián)光量子效應的基本物理問題；空間關聯(lián)光量子態(tài)與微結構

5、材料空間結構的相互作用機理。關鍵科學問題4：極小空間尺度光場產(chǎn)生的原理與表征技術；極小空間尺度光場與電子態(tài)耦合遠場極小空間尺度光場生成的新原理與新技術、物理描述、表征技術以及實驗構建(包括偏振態(tài)、位相與振幅空間分布)。發(fā)展遠場極小空間尺度光場與小量子體系作用的基本理論。遠場極小空間尺度光場對微結構物體和小量子體系的超分辨成像技術。提高近場光學成像系統(tǒng)的效率與空間分辨能力的新原理與新技術。主要研究內(nèi)容:圍繞上述四方面擬解決的關鍵科學問題，

6、擬深入開展如下四個方面研究。研究內(nèi)容1:空間結構光場的基本問題、調控機理和制備技術(1)空間結構光場的基本問題和時空演化。揭示光場的空間結構對調控機理和光場特性的影響規(guī)律。鍵技術。培養(yǎng)一支具有高科學素養(yǎng)、開拓精神、創(chuàng)新意識、思維活躍、立足國內(nèi)量子調控研究領域的科技人才，保證國家量子調控研究的可持續(xù)、高水平發(fā)展。五年預期目標:(1)闡明光場的空間結構對調控機理和光場特性的影響規(guī)律，發(fā)展描述空間結構光場及其時空演化的基本理論；建立具有新穎動

7、量和角動量的空間結構光場創(chuàng)建的可控關鍵技術。(2)發(fā)展和完善光場空間調控的焦場理論，提出具有新穎動量、角動量和縱向場的焦場調控方案；建立具有不同空間尺度的連續(xù)波和飛秒焦場控制技術；實現(xiàn)空間結構光場對微粒的操控，探索在空間微重力環(huán)境下對微小目標的驅動。(3)建立空間結構光場與微結構材料非線性相互作用的全矢量耦合波理論；解決偏振態(tài)和位相的空間結構與微結構材料空間結構的相互作用與耦合問題，建立相應的位相匹配條件；發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新效應，揭示新穎動

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