介观光学

介观光学

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作为21世纪光学与光电子学新兴和竞争的焦点之一,介观光学已引起世界各国科学家的极大重视。本次介观光学及其应用研讨会促进了我国在介观光学及其应用领域的发展,为相关领域的研究工作提供了学术交流的平台,适应了介观光学领域迅猛发展的需求,为我国在该领域取得原创性进展做出了贡献。
在过去,物理学家常将他们对自然现象的研究对象划分成宏观(macroscopic)系统与微观(microscopic)系统。宏观系统用古典物理处理,微观系统用量子力学处理。如果一个宏观系统是由大量相同的微观系统组成的,往往就采用统计力学的平均处理方法。在其中,宏观系统的具体形状或边界条件不重要,因为波相位的特性会在统计平均下消失,不会影响物质的特性。一个具体的例子就是在计算固体中声子的态密度(density of state)时,可以随意采用周期性边界条件或固定端边界条件,因为宏观物理量不受这些边界条件的影响.
随着制造技术以及电脑计算能力的快速发展,从前的科学家所忽略或逃避的细节渐渐变成研究者必须面对的问题。在不大不小的介观系统中,物质的特性跟材料的形状,尺寸以及有效维度都有关系;而波动性与相位特性必须被考虑。量子环的 Aharonov-Bohm 效应是拓朴量子相位的具体表现;量子点的离散能谱与量子通道的电导量子化意味著边界与维度效应不可忽略;而在安德森局域化(Anderson Localization)效应中,不考虑波函数的多重散射(multiple scattering)就无法理解。由此可知,介观物理系统较传统的半导体系统以及少粒子简单量子系统更复杂,牵涉的现象也更丰富.
在光学的发展中,几何光学的处理方式其实就像是宏观系统。可见光的波长是数百奈米,远远小於光学元件的尺寸,因此传播中的光可视为直线前进的点粒子,碰到光学元件的表面才发生反射与折射。另一方面,可见光的波长又远远大於原子尺度,所以物质可看成连续的,用折射率来表示就可以了。两种极限下皆无须考虑波相位干涉的因素。在傅氏光学(Fourier optics)中,考虑的是波相位的相干性(coherence)明显的系统。在这些系统中,光波叠加后的相位特性能被保持,导致了可观测的干涉及绕射现象;然而,反射或散射效应或者被完全忽略,或者只考虑有限次数,因此多重散射在此是不必考虑的.