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1、深圳大學(xué)研究生課程論文題目光子晶體及其器件的研究進(jìn)展成績(jī)專(zhuān)業(yè)課程名稱(chēng)、代碼年級(jí)姓名學(xué)號(hào)時(shí)間2016年12月任課教師子晶體及其器件的研究進(jìn)展摘要：光子晶體是一種具有光子帶隙的新型材料，通過(guò)設(shè)計(jì)可以人為調(diào)控經(jīng)典波的傳輸。由于光子晶體具有很多新穎的特性，使其成為微納光子學(xué)和量子光學(xué)的重要研究領(lǐng)域。隨著微加工技術(shù)的進(jìn)步和理論的深入研究，光子晶體在信息光學(xué)以及多功能傳感器等多個(gè)學(xué)科中也得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹了光子晶體及其特征，概述了光子晶體器件的設(shè)計(jì)方法和加工制作流程，論述現(xiàn)階段發(fā)展的幾種光子晶體器件，并對(duì)光子晶體器
2、件的發(fā)展趨勢(shì)做了展望。關(guān)鍵詞：光子晶體；光子晶體的應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)ResearchprogressofphotoniccrystalsanddevicesAbstract：Photoniccrystalisanewmaterialwithphotonicbandgap,whichcanregulatethetransmissionofclassicalwaveartificially.Becauseithasmanynovelpropertiesofphotoniccrystal,whichisbecoming
3、animportantresearchfieldofmicronanoPhotonicsandquantumoptics.Withtheprogressofmicromachiningtechnologyandtheoreticalresearch,photoniccrystalshavebeenwidelyusedinmanyfieldssuchasinformationopticsandmultifunctionsensors.Thispaperintroducesthephotoniccrystalsa
4、nditscharacteristics,summarizesthedesignmethodandprocessofthephotoniccrystaldevicesintheproductionprocess,discussesseveralkindsofphotoniccrystaldevicesatthisstageofdevelopment,andthedevelopmenttrendofphotoniccrystaldevicesisprospected.Keywords：Photoniccryst
5、al;applicationofphotoniccrystal;developmenttrend1引言在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，隨著人們對(duì)電子在物質(zhì)尤其是半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，使得對(duì)電子控制能力的增加，從而產(chǎn)生了各種微電子器件以及大規(guī)模的集成電路，推動(dòng)了電子工業(yè)和現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)在人們生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。目前半導(dǎo)體技術(shù)正向著高速化和高集成化方向的發(fā)展，不可避免地引發(fā)了一系列問(wèn)題。當(dāng)信息處理的頻率和信號(hào)帶寬越來(lái)越高時(shí)，通過(guò)金屬線傳輸電子會(huì)帶來(lái)難以克服的發(fā)熱問(wèn)題和帶寬限制；而線寬減小到深納
6、米尺度時(shí)，相鄰導(dǎo)線的量子隧穿效應(yīng)成為電子器件發(fā)展的重要瓶頸。這迫使人們?cè)絹?lái)越關(guān)注光信息處理技術(shù)，并嘗試用光器件來(lái)替代部分傳統(tǒng)電子器件，以突破上述瓶頸限制。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于如何將光子器件尺寸降低至微納米量級(jí)，并能與微電子電路集成在同一芯片上。目前比較有效的方法有三種：納米線波導(dǎo)，表面等離子體和光子晶體。其中，光子晶體具有體積小、損耗低和功能豐富等多種優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的光子集成材料，稱(chēng)為光子半導(dǎo)體[1]，它是1987年才提出的新概念和新材料。這種材料有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是它可以如人所愿地控制光子的運(yùn)動(dòng)。由
7、于其獨(dú)特的特性，光子晶體可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光學(xué)器件，在光通訊上也有重要的用途，如用光子晶體器件來(lái)替代傳統(tǒng)的電子器件，信息通訊的速度快得無(wú)法想象。用光子晶體做成的光子集成芯片，可以像集成電路對(duì)電子的控制一樣對(duì)光子進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)全光信息處理，在全光通信網(wǎng)、光量子信息、光子計(jì)算機(jī)等諸多研究領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。工作于可見(jiàn)光波段的光子晶體器件典型尺寸通常為微米、亞微米量級(jí)，卻可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)光、分光、濾光以及波分復(fù)用等很多功能，非常有利于光路集成。目前，電路芯片集成度已經(jīng)逐漸受到“電子瓶頸”效應(yīng)的
8、限制，這是因?yàn)殡娮訋щ姾?，相互之間存在庫(kù)侖作用，互相干擾，產(chǎn)生熱效應(yīng)，因此集成度過(guò)高時(shí)將嚴(yán)重影響傳輸速度，而光子呈電中性，并具有高于電子好幾個(gè)數(shù)量級(jí)的傳播速度，不僅可以大幅提高集成度，還可以大幅提高信息傳遞速率。光子晶體器件還有一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：損耗極低且基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損傳輸，這意味著可以節(jié)約大量的光中繼放大設(shè)備，極大的降低建設(shè)成本，同時(shí)很多相應(yīng)的通信技術(shù)難題如：光放大后的信號(hào)畸變問(wèn)題、光傳輸中的電子瓶
