PDF《光子晶体器件进展》

第35卷第1期2009年1月光学技术OPTICAL TECHNIQU E Vol.

35 No.

1 Jan.

2009 文章编号 :

100221582 (2009)

0120093205 光子晶体器件进展 Ξ 侯金1 , 郜定山1 , 周治平1 ,2 ,3 (1. 华中科技大学 武汉光电国家实验室(筹) , 武汉 430074) (2. 北京大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 , 北京 100871) (3. 乔治亚理工学院 电子与计算机工程学院 , 亚特兰大

30332 美国) 摘要:光子晶体对光具有独特的局域、 反射、 传导、 分束、 耦合、 调制、 慢光等操纵能力 ,使其成为微/ 纳光电集成的 重要材料之一.介绍了光子晶体的几种重要物理特性 ― ― ― 带隙特性、 慢光特性、 自准直和负折射特性 ,叙述了光子晶体 集成器件方面所取得的最新进展 ,对光子晶体器件的发展动向做了展望. 关键词:导波光学(光纤和集成光学) ;

光子晶体 ;

集成光学器件 中图分类号 : TN256 文献标识码 : A Progress in photonic crystals devics HOU Jin , GAO Ding2shan , ZHOU Zhi2ping (1. Wuhan National Lab for Optoelectronics , Huazhong University of Science and Technology , Wuhan

430074 , China) (2. State Key Laboratory on Advanced Optical Communication Systems and Networks , Peking University , Beijing

100871 , China) (3. School of Electrical and Computer Engineering , Georgia Institute of Technology , Atlanta , Georgia

30332 , USA) Abstract : Characterized by its strong ability of localizing , reflecting , transmission , splitting , coupling , modulating and slowing light , photonic crystals are used as one of the major materials for micro/ nano photonic integrated devices. The impor2 tant physics features , such as band gap , slow light , self2collimation and negative refraction of photonic crystals and some recent progresses in photonic crystals devices are introduced briefly. The developing trend of photonic crystals devices is also prospect2 ed. Key words : guided wave optics (fiber and integrated optics) ;

photonic crystals ;

integrated optical devices ;

0 引言现代微电子技术从

20 世纪中期诞生以来 ,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[1 ] .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[2 ] .

1987 年 ,美国 Bell 实验室的 Yablonovitch[3 ] 和Princeton 大学的 John[4 ] 分别在研究如何抑制自发 辐射和无序电介质材料中的光子局域时 ,各自独立 地提出了 光子晶体 ( Photonic crystal) 的概念.在 过去的

20 年中 ,光子晶体获得了前所未有的关注和 飞速的发展.全世界每年发表的相关论文数量以指 数增长[5 ] ,应用光子晶体领域的广度和深度也在不 断扩展 ,涉及到微波通信[6 ,7 ] 、 太赫兹器件[8 ,9 ] 、 光子 芯片[10 ―