光子晶体集成光电子器件-《物理》杂志.PDF

物理学和高新技术 光子晶体集成光电子器件! 刘娅钊- - 李志远4 （中国科学院物理研究所光物理重点实验室- 北京- 511 531 ） 摘- 要- - 文章简要介绍了利用光子晶体实现微纳尺度上光调控的物理原理和工作机制，重点讨论了如何利用光子 晶体的缺陷态实现微纳尺度的各种集成光电子器件，并结合文章作者所在研究组的研究工作经验，简单回顾了各种 类型的集成光电子器件的工作原理、物理实现和光学特性 关键词- - 光子晶体，光电子器件，耦合器，光学共振腔，波导 !#$#%’ ’()*$+, %$-.(+$-/ #0$’+, /-1’-* 678 9*:;!*- - 67 ;!):9’*,4 （!#$%$%’ $( )* +,- ./’0+,0 ，120+34 $( ./’0+,0 ，5/+2404 6,748’ $( 9,+42,40 ，:4+; +2 511 531 ，5/+2 ） 23*$(+’$4 4 = ?)@+’@@ !% #!,)+ +AB@*(@ +,A( ()C! #A#A)@ @’+! *@ ! C,A*), ，#A#*C*), ，D?’: (*), *,? +,EA@), F ()C! , ! ,*,@+*( G! ’,?A(B),C #!B@)+*( #A),+)#(@ *,? D+!*,)@D %)(( H *?: ?A@@? I)@+’@@),@ %)(( F+’@ , ! +,@A’+), F E*A)’@ ,*,@+*( ),CA*? #)+*( (D,@ *,? ?E)+@ = D#(B @EA*( B#)+*( J*D#(@ HA)F(B ?@+A)H ?)FFA, *@#+@ F !@ ?E)+@ ：!% !B %AK ，!% F*HA)+* !D ，*,? !% +!*A*+A)L !)A #)+*( #A#A)@ 5-)6#(/*4 4 #!,)+ +AB@*(@ ，#)+*( ?E)+@ ，+’#(A ，A@,*A ，%*EC’)? M,D ，基本能够满足光子晶体集成光学器件的精确 5- 引言 制作和加工要求，使得这些器件的光学特性基本符 合计算机设计的预期结果，从而实现理论和实验的 自532/ 年9*H(,E)+! 和R!, 分别独立提出 良好互动 光子晶体的概念以来，光子晶体的理论和实验研究 与传统半导体类似，光在光子晶体中传播时，受 以及相关应用得到了迅速的发展 迄今为止，已有多 到周期点阵的布拉格散射而产生光子能带和光子带 种基于光子晶体的全新光子学器件被相继提出，并 隙 利用光子带隙的存在能够实现对光传播行为的 且随着半导体微加工技术的进步和发展，人们对这 强有力控制 这主要通过在光子晶体中引入各种缺 些器件开展了深入系统的实验研究 这些光子晶体 陷而实现光子的局域化控制 缺陷有两种基本形式： 光学器件使信息处理技术的“全光子化”和光子技 线缺陷和点缺陷 线缺陷形成波导，它可以引导光子 术的“微型化”与“集成化”成为可能 简单地说，光 沿某一路径传输 由于光子带隙的存在，光只能沿着 子晶体是折射率或介电常数具有周期性调制分布的 光子晶体波导延伸方向传播，而不能泄露到周围的 一种新型人工光学或电磁波材料，其周期为波长量 光子晶体材料里 533S 年，美国麻省理工学院的R 级 虽然自然界也存在天然形成的光子晶体，比如石