PDF《光子晶体器件进展》

13 ] 、 通信器件、 太阳能电池[14 ,15 ] 、 生物化学 传感[16 ,17 ] 和隐身技术[18 ,19 ] 等. 在光子集成领域 ,应用光子晶体的带隙特性 ,各 种光发射器件、 波导、 分束器、 耦合器、 滤波器、 光开 关、 调制器[9 ,11 ―

13 ,25 ] 等逐渐从研究转向应用 ,其性 能也不断提高.近年来 ,光子晶体的慢光[10 ,37 ,38 ] 、 自准直[20 ,21 ] ,负折射[22 ,23 ] 等非带隙特性成为了研 究的新热点.本文在我们小组对光子晶体研究经验

3 9 Ξ 收稿日期 :

2008202201 E2mail : zjzhou @pku. edu. cn 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划(973) 预研资助项目(2006CB708310) ;

国家自然科学基金资助项目(60706013) ;

湖北省自然科 学基金重大项目资助项目(2006ABD002) 作者简介 : 侯金(19812) ,男 ,湖南省人 ,华中科技大学武汉光电国家实验室(筹) 博士研究生 ,主要从事微纳光电集成器件研究. 的基础上[24 ―

26 ] ,介绍了光子晶体的重要物理特性 和光子晶体集成器件研究方面的最新进展 ,最后对 光子晶体器件的发展趋势做了展望.

1 光子晶体带隙特性器件 光子晶体是介电材料在波长尺度上周期排列的 人工电磁晶体[27 ] .不考虑材料的色散与损耗 ,对光 子晶体应用无源的麦克斯韦方程 ,仅列出磁场的频 域方程为 *

1 ε( r) *H = (ω2 / c

2 ) H (1) 对光子晶体 ,介电常数又满足下式 ε( r) = ε( r + R) (2) 同固态晶体中电子运动的薛定愕方程类比 ,磁 场具有形式 H ( r) = e ikr Hn , k ( r) 的解 ,并可以画出 光子晶体的能带结构 , 见图 1. 其中 , 横坐标表示三 维光子晶体中沿简约布里渊区高对称方向变化的波 矢k,单位为π/ a , a 为光子晶体晶格常数. 横坐标上 的字母表示简约布里渊区中的高对称点 ,其中 Г 表 示原点 , X , U , L , W , K 表示简约布里渊区高对称 方向的边缘. 图1ε= 11.

56 , R = 0.

25 的金 刚石结构光子晶体带图 电子在固态 晶体的周期性势 垒下能形成电子 带隙 , 光子晶体的周期性晶格对 光的布拉格散射 可以形成光子带 隙,如图1中阴影部分.频率处 在光子带隙中的光被禁止进入光子晶体.根据这种 带隙在空间分布的维度 ,光子晶体可以分为一维、 二 维和三维光子晶体.三维光子晶体禁止任何角度入 射的光进入光子晶体.若光子晶体中某个地方不满 足周期性 ,即引入了缺陷 ,禁带中就会出现缺陷态 , 缺陷态具有很高的光子态密度.采用各种材料 ,设 计不同的光子晶体结构和引入不同的缺陷类型以及 缺陷组合 ,可以制作出功能和特性各异的微纳光子 器件. 光子晶体的禁带特性最先被用来做成完美的反 射镜和天线.引入线缺陷可以形成波导或光子晶体 光纤.光子晶体光纤以其丰富的用途目前已经形成 了一门单独的学科.当引入点缺陷时 ,将形成另一 种重要的结构 ― ― ― 微腔.品质因子 Q 值是表征谐 振腔性能[28 ,29 ] 的重要参数.Q 值越高 ,限制光的能 力越强.据最近的报道[30 ] ,在体积为立方波长的范 围内 ,Q 值最高已经达到

2 *

106 ,极其接近理论上 的Q值极限

107 .应用微........