中文摘要：

介质中光动量的Abraham－Minkowsk争论涉及当今物理学中量子力学的基本假设问题，问题的解决将有助于对光本质的深入认识。可此问题一直未解决，原因在于精确测量介质中的光力和光动量非常困难。本项目基于两微纳光纤消逝波强耦合的机制，分别从理论和实验两方面，探索精确测量介质中的光力和光动量的方法，回答光动量争论。项目拟建立普适的微纳波导强耦合的全矢量理论，通过拉格朗日量给出消逝波耦合系统中光力与光场的全矢量动态耦合理论模型，并从相对论和量子的角度，检验目前尚存争议的三种光力机制的理论自洽性，挖掘争论背后的物理问题。项目结合微纳波导消逝场强耦合效应，提出全新的测量光力和光动量的实验方法，以及利用外电场调控方法对检验光力实验进行改进，同时发展一套全新的基于消逝场的纳米定位技术和提出基于本底热振动的定标和校准的新方法。此方法不但克服光力微弱难以测量的困难，而且在微纳光器件中有着广泛的潜在应用。

结论摘要：

Abraham-Minkowski光动量争论为波粒二象性在光与物质相互作用中的具体体现，此过程有助于人们对物质世界波粒二象性的深入认识，因此，此问题一直都为研究热点，具有很高的学术价值。首先，本项目理论给出通用的光波导的Abraham和MInkowski光动量形式，将光动量问题拓展到光波导领域。并提出了适用于任意的平移对称波导的守恒光动量形式，PTot=-UDie/vg + neff U/c，澄清了Abraham和Minkowski动量不是守恒光动量的基本物理概念。这不仅深入的揭示了光动量争论的波粒二像性的问题本质，而且将此问题推广到了波导领域，为解决光动量争论问题开拓出更丰富的实验手段与方法。同时，也为基于纳米波导操控微粒的技术提供了更精确的理论。 实验上，本项目针对守恒光动量难以直接测量的难题，提出了微纳光纤与衬底耦合的测量光力和守恒光动量的新方法。此方法能将守恒光动量转换为微纳光纤的机械动量，从而守恒动量转换为实验可直接测量的物理量。另外，针对微弱光力难以定量精确测量及难以判断光力方向的二实验难题，发明了基于微纳光纤—衬底光学干涉及热噪声确定刚度系数的实验方法解决了此两实验难题。实验已证明基于此方法的测量系统不仅能分辨0.9nm的光力引起的微纳光纤位移，而且能准确判断和测量860pN光力的方向及大小。目前，实验已毫无疑问地证明了微纳光纤与衬底的耦合会产生排斥光力，与守恒光动量理论预言的一致，在一定程度上证明了波导守恒光动量理论的正确性。此实验不仅为验证守恒光动量提供可信的实验证据，而且为研究微观世界的力学效应提供有效的工具，将在Casimir力、范德华力、布朗运动、分子间作用力、软物质粘滞力等研究领域有着潜在的广泛应用。 在应用方面，本项目还发明基于纳米光纤/衬底反射干涉的全光颜色控制器，这种光力驱动机制将在全光光控显示、全关开关、全光滤波和全光信息处理技术中有着广泛的应用。另外，为了探所新型的测量光力方法，广泛探索了不同新型材料与光纤消逝场的相互作用过程，发明一系列新型的全光纤及全光光控器件，如光纤光控的偏振控制器（光可调控偏振相位达60度）、宽带光纤光可调谐的滤波器（可调谐带宽60nm）、光可调谐的微环谐振腔，高性能窄带全光纤起偏器（线性消光比达59dB、起偏带宽10nm）。 这些器件将在全光信息处理、全光通信、全光运算等领域有着广泛应用。