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1、光子晶體器件的研究進(jìn)展及趨勢(shì)摘要：光子晶體器件是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一類微納器件，可以操控光子的運(yùn)動(dòng)行為，并具有損耗極低、體積小、易集成的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光子晶體；光子晶體器件；發(fā)展趨勢(shì)中圖分類號(hào)：O734;TN256文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AProgressanddevelopmentofphotoniccrystaldevicesXIANGGaolin(Chongqinguniversityofpostsandtelecommunicationsphotoelectricengineeringcollege,Chongqing,40006
2、5,China)Abstract：Photoniccrystaldeviceisdevelopedrapidlyofmicro-nanodeviceinrecentyears,itcancontrolthemotionbehaviorofphotons,andtheadvantageshaveverylowloss,smallsize,easytointegrate?Photoniccrystalanditscharacteristicswereintroducedinthispaper;summarizingthedesign
3、methodofthephotoniccrystaldeviceandmachiningprocess,discussingthepresentstageofthedevelopmentofseveralkindsofphotoniccrystaldevice,andthedevelopmenttrendofthephotoniccrystaldevicewerediscussed?Keywords：Photoniccrystals;photoniccrystaldevices;developmenttrend1引言現(xiàn)代微電子技
4、術(shù)從20世紀(jì)屮期誕牛以來(lái)，以每18個(gè)月單芯片數(shù)據(jù)密度增加一倍的摩爾定律高速發(fā)展，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。當(dāng)信息處理的頻率和信號(hào)帶寬越來(lái)越高吋，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；而線寬減小到深納米尺度時(shí)，札I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H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。H前比較有效的方法有三種：納米線波導(dǎo)，表面等離
5、子體和光子晶體[1]o其屮，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[2]集成材料，稱為光子半導(dǎo)體。它是1987年才提出的新概念和新材料。這種材料有一個(gè)顯卩,4]著的特點(diǎn)是它可以如人所愿地控制光子的運(yùn)動(dòng)。由于其獨(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，在光通訊丄也有重要的用途，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
6、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。H前，電路芯片集成度己經(jīng)逐漸受到“電子瓶頸"效應(yīng)的限制，這是因?yàn)殡娮訋щ姾桑嗷ブg存在庫(kù)侖作用，互相干擾，產(chǎn)牛熱效應(yīng)，因此集成度過(guò)高時(shí)將嚴(yán)重影響傳輸速度，而光子呈電小性，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)：損耗極低基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損傳輸，這對(duì)于光通信產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是夢(mèng)寐以求的事，它意味著可
7、以節(jié)約大量的光屮繼放大設(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、光傳輸屮的電子瓶頸問(wèn)題等也迎刃而解。光子晶體器件的研究已經(jīng)引起國(guó)光子晶體與光子晶體器件2.1光子晶體光子晶體是指具有光子帶隙的周期性介電結(jié)構(gòu)材料，所謂光子帶隙是由于介電常數(shù)不同的材料在空間周期性排列導(dǎo)致介電常數(shù)的空間周期性，使得光折射率產(chǎn)牛周期性分布，光在其屮傳播吋產(chǎn)牛能帶結(jié)構(gòu),在帶隙屮的光子頻率被禁止傳播,因此稱光子禁帶，具有光子禁帶特征的材料稱光子晶體。2.1.1光子晶體的特性根據(jù)固體物理的理論知識(shí)，在電子晶體屮，由原子排布
8、的晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)牛的周期性勢(shì)場(chǎng)會(huì)對(duì)其小的運(yùn)動(dòng)電子形成調(diào)制。類似于電子晶體的一些特性，光子晶體屮由于介電常數(shù)的空問(wèn)周期分布帶來(lái)的調(diào)制作用，所以也會(huì)形成光波的的帶狀分布，出現(xiàn)不連續(xù)的光子能帶，能帶的間隙稱為光子禁帶。禁帶屮對(duì)應(yīng)頻率的光波不能被傳播。光子禁帶是光子晶體的兩
