光子晶体器件的研究进展及趋势.doc

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1、光子晶体器件的研究进展及趋势摘要：光子晶体器件是近年来迅速发展起来的一类微纳器件，可以操控光子的运动行为，并具有损耗极低、体积小、易集成的优点。关键词：光子晶体；光子晶体器件；发展趋势中图分类号：O734;TN256文献标识码：AProgressanddevelopmentofphotoniccrystaldevicesXIANGGaolin(Chongqinguniversityofpostsandtelecommunicationsphotoelectricengineeringcollege,Chongqing,40006

2、5,China)Abstract：Photoniccrystaldeviceisdevelopedrapidlyofmicro-nanodeviceinrecentyears,itcancontrolthemotionbehaviorofphotons,andtheadvantageshaveverylowloss,smallsize,easytointegrate・Photoniccrystalanditscharacteristicswereintroducedinthispaper;summarizingthedesign

3、methodofthephotoniccrystaldeviceandmachiningprocess,discussingthepresentstageofthedevelopmentofseveralkindsofphotoniccrystaldevice,andthedevelopmenttrendofthephotoniccrystaldevicewerediscussed・Keywords：Photoniccrystals;photoniccrystaldevices;developmenttrend1引言现代微电子技

4、术从20世纪屮期诞牛以来，以每18个月单芯片数据密度增加一倍的摩尔定律高速发展，极大地推动了现代科学技术的进步和社会经济的飞速发展。当信息处理的频率和信号带宽越来越高吋，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；而线宽减小到深纳米尺度时，札I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H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。H前比较有效的方法有三种：纳米线波导，表面等离

5、子体和光子晶体[1]o其屮，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[2]集成材料，称为光子半导体。它是1987年才提出的新概念和新材料。这种材料有一个显卩,4]著的特点是它可以如人所愿地控制光子的运动。由于其独特的特性，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，在光通讯丄也有重要的用途，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

6、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。H前，电路芯片集成度己经逐渐受到“电子瓶颈"效应的限制，这是因为电子带电荷，相互之间存在库仑作用，互相干扰，产牛热效应，因此集成度过高时将严重影响传输速度，而光子呈电小性，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：损耗极低基本可以实现无损传输，这对于光通信产业来说是梦寐以求的事，它意味着可

7、以节约大量的光屮继放大设备，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、光传输屮的电子瓶颈问题等也迎刃而解。光子晶体器件的研究已经引起国光子晶体与光子晶体器件2.1光子晶体光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，所谓光子带隙是由于介电常数不同的材料在空间周期性排列导致介电常数的空间周期性，使得光折射率产牛周期性分布，光在其屮传播吋产牛能带结构,在带隙屮的光子频率被禁止传播,因此称光子禁带，具有光子禁带特征的材料称光子晶体。2.1.1光子晶体的特性根据固体物理的理论知识，在电子晶体屮，由原子排布

8、的晶格结构产牛的周期性势场会对其小的运动电子形成调制。类似于电子晶体的一些特性，光子晶体屮由于介电常数的空问周期分布带来的调制作用，所以也会形成光波的的带状分布，出现不连续的光子能带，能带的间隙称为光子禁带。禁带屮对应频率的光波不能被传播。光子禁带是光子晶体的两