基于平板型光子晶体的光学微腔研究(2)

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3.2.2 光子晶体的品质因数Q值 21

3.2.3 高Q值微腔的设计 22

3．3 本章小结 29

结论 30

致谢 31

参考文献 32

1 绪论

自1970年，光子学概念出现以来，光子学、光子技术在各个方面取得了突破性进展。90年代掀起的国际性光子学已势不可挡地进入了它发展的黄金时期。作为光子学与光子技术物质基础的光子材料的发展促进人类迈入光子时代。美国把光子材料列为国家关键技术，认为光子材料将是最有前途的信息材料。

在信息技术中，光子材料是指利用光子和光的相互作用来实现信息的产生、传输、存储、显示，探测和处理所用的材料。光子材料涉及的材料面很广，光子晶体是其中重要的一种。

1．1 光子晶体发展背景及历史

1.1.1 微电子的危机

今天，人类进入了信息时代，而微电子技术是电子信息产业的核心技术之一，是在半导体材料上采用微米级线度加工处理的技术。近几年芯片的尺寸虽然迅速从微米线度逐渐发展到纳米线度，但硅基芯片的微细加工技术将可能达到极限。

届时，微电子的基础理论、材料技术和加工技术都将遇到极大的挑战：

首先是芯片的发热量随着工作频率的提高而迅速增加从而使芯片无法正常工作。其次是现有的加工设备已经很难再继续减小芯片内部的线宽，因而通过减小线宽的方法来提高心片的工作效率和性能遇到了很大的困难。最后也是最难克服的一点，随着芯片内部结构的减小，其量子效应会非常明显，电子在芯片内部的波动效应就不可以忽略，而电子的波动所造成的量子隧穿效应直接威胁着用“1”和“0”表示“开”和“关”状态的芯片最基本的结构。

导致这一结果的原因在于半导体器件的工作载体是电子，由于电子是一种费米子，具有静止质量，同时，电子之间具有库仑相互作用，当集成度很高时，产生热效应，相互干扰，这即是“电子瓶颈”效应产生的原因。这一特点不利于微电子技术的进一步发展。

1.1.2 光子芯片的曙光文献综述

从目前的研究情况来看，很难解决上述的三个问题，尤其是第三个。人们于是转变思路，发现新的工作载体，即利用光子代替电子在芯片内进行信息的传输与处理。光子相较于电子拥有如下五个优点：第一，光子是以光速运动的微观粒子，传播速度快，频带宽，具有极高的信息容量和效率。第二，光子静止质量为零，相互作用很弱，能耗低。第三，电子器件的响应时间一般为秒，而光子器件可达 ~ 秒，极快的响应能力。第四，光子在通常情况下互不干涉、具有并行处理信息的能力。第五，极大的存储能力。

但是碍于当代科技所限，光子很难控制，要利用光子来进行信息处理，首要任务就是找到类似半导体材料控制电子一样地控制光子行为的材料。鉴于电子波函数与晶体周期势场相互作用形成电子能带和带隙。E.Yablonovitch[1]和S.John[2]在1987年各自提出了光子晶体的概念后，光子晶体便成为人们期待已久的新材料。

1．2 光子晶体概述

1.2.1 光子晶体的基本概念

光子晶体是一种介电常数空间周期性变化、晶格常数可与光波长相比、且具有光子带隙结构，能控制光子传播状态的新型人工材料。当电磁波在其中传播时，遵循折射、反射、投射原理，电子周期性的布拉格散射使电磁波收到调制而形成类似于电子的能带结构，这种能带结构成为光子能带。源:自/751-·论,文'网·www.751com.cn/