南京大学祝世宁教授、刘辉教授课题组用广义相对论原理实现芯片上光子波前的调控

广义相对论研究宇宙的起源和天体运动获得巨大成功，最近，物理学院祝世宁教授、刘辉教授课题组与以色列理工学院的Segev教授组合作，利用爱因斯坦引力波方程与电磁理论中的对应关系，利用变换光学的方法，在光子芯片上成功地实现了的光波波前的调控， 为光子芯片光的操控提出了一种新的原理和方法。

根据波动光学的惠更斯原理，光子在空间中的传播是通过光子波前的运动来描述。因此，如果我们能够控制光子的波前，就能控制光子的运动。最近几年，随着集成光学的发展，人们越来越需要在微小的光子芯片上控制光子波前，实现光子的操控。为此，人们提出了各种人工微结构材料实现光子波前控制，例如：光子晶体，超构材料，和金属表面等离激元等。

最近，物理学院该课题组的博士研究生盛冲，在刘辉教授的具体指导下，在集成光子芯片上，通过模拟广义相对论的引力透镜效应，实现了非欧弯曲时空中光子的波前控制。实验中，盛冲同学通过液滴的表面张力效应，制备出了一种模拟天体中心引力场的聚合物波导(图(a))，并利用量子点荧光显微成像技术，直接观察到了光子波前在引力场弯曲时空中的传播过程。实验结果表明，这种模拟弯曲时空的光子芯片，不但可以实现非衍射的光束，而且还能模拟爱因斯坦环这种罕见的天文现象(图(b))。该工作的实验部分是由南京大学课题组完成，以色列课题组协助进行了理论分析和数据处理。研究结果最近发表在Nature Communications 7:10747, DOI: 10.1038/ncomms10747 (2016)，南京大学为第一作者单位。

该项研究得到自然基金创新群体项目(No. 11321063)、杰出青年基金(No. 61425018)、国家重点基础研究发展计划(No. 2012CB933501 and 2012CB921500), 以及南京大学登峰人才计划B层次的资助。

（物理学院 科学技术处）