光子晶体及其器件的研究进展

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1、深圳大学研究生课程论文题目光子晶体及其器件的研究进展成绩专业课程名称、代码年级姓名学号时间2016年12月任课教师子晶体及其器件的研究进展摘要：光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料，通过设计可以人为调控经典波的传输。由于光子晶体具有很多新颖的特性，使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究，光子晶体在信息光学以及多功能传感器等多个学科中也得到了广泛应用。本文介绍了光子晶体及其特征，概述了光子晶体器件的设计方法和加工制作流程，论述现阶段发展的几种光子晶体器件，并对光子晶体器

2、件的发展趋势做了展望。关键词：光子晶体；光子晶体的应用；发展趋势ResearchprogressofphotoniccrystalsanddevicesAbstract：Photoniccrystalisanewmaterialwithphotonicbandgap,whichcanregulatethetransmissionofclassicalwaveartificially.Becauseithasmanynovelpropertiesofphotoniccrystal,whichisbecoming

3、animportantresearchfieldofmicronanoPhotonicsandquantumoptics.Withtheprogressofmicromachiningtechnologyandtheoreticalresearch,photoniccrystalshavebeenwidelyusedinmanyfieldssuchasinformationopticsandmultifunctionsensors.Thispaperintroducesthephotoniccrystalsa

4、nditscharacteristics,summarizesthedesignmethodandprocessofthephotoniccrystaldevicesintheproductionprocess,discussesseveralkindsofphotoniccrystaldevicesatthisstageofdevelopment,andthedevelopmenttrendofphotoniccrystaldevicesisprospected.Keywords：Photoniccryst

5、al;applicationofphotoniccrystal;developmenttrend1引言在过去的半个世纪里，随着人们对电子在物质尤其是半导体中运动规律的研究，使得对电子控制能力的增加，从而产生了各种微电子器件以及大规模的集成电路，推动了电子工业和现代信息产业的迅猛发展，半导体技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。目前半导体技术正向着高速化和高集成化方向的发展，不可避免地引发了一系列问题。当信息处理的频率和信号带宽越来越高时，通过金属线传输电子会带来难以克服的发热问题和带宽限制；而线宽减小到深纳

6、米尺度时，相邻导线的量子隧穿效应成为电子器件发展的重要瓶颈。这迫使人们越来越关注光信息处理技术，并尝试用光器件来替代部分传统电子器件，以突破上述瓶颈限制。实现这一目标的关键在于如何将光子器件尺寸降低至微纳米量级，并能与微电子电路集成在同一芯片上。目前比较有效的方法有三种：纳米线波导，表面等离子体和光子晶体。其中，光子晶体具有体积小、损耗低和功能丰富等多种优点，被认为是最有前途的光子集成材料，称为光子半导体[1]，它是1987年才提出的新概念和新材料。这种材料有一个显著的特点是它可以如人所愿地控制光子的运动。由

7、于其独特的特性，光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器件，在光通讯上也有重要的用途，如用光子晶体器件来替代传统的电子器件，信息通讯的速度快得无法想象。用光子晶体做成的光子集成芯片，可以像集成电路对电子的控制一样对光子进行控制，从而实现全光信息处理，在全光通信网、光量子信息、光子计算机等诸多研究领域有着诱人的应用前景。工作于可见光波段的光子晶体器件典型尺寸通常为微米、亚微米量级，却可实现导光、分光、滤光以及波分复用等很多功能，非常有利于光路集成。目前，电路芯片集成度已经逐渐受到“电子瓶颈”效应的

8、限制，这是因为电子带电荷，相互之间存在库仑作用，互相干扰，产生热效应，因此集成度过高时将严重影响传输速度，而光子呈电中性，并具有高于电子好几个数量级的传播速度，不仅可以大幅提高集成度，还可以大幅提高信息传递速率。光子晶体器件还有一个突出优点：损耗极低且基本可以实现无损传输，这意味着可以节约大量的光中继放大设备，极大的降低建设成本，同时很多相应的通信技术难题如：光放大后的信号畸变问题、光传输中的电子瓶