光電子經典(編輯修改稿)
2025-01-18 13:38 本頁面
【文章內容簡介】 態(tài)難控制信息光電子技術的新突破信息光電子技術的新突破2. 光子學集成 (VLSI) 困難 : 光子器件尺寸 mmcm級－波導彎曲損耗Thermooptic phase shiftersWaveguide gratings with interleave chirp10 cm信息光電子技術的新突破信息光電子技術的新突破1970s： ? 異質結半導體材料（ LD 室溫工作） ? 石英光導纖維（損耗 1dB/km〕光纖通信奠定基石光電器件更新?lián)Q代1980s： ? 量子阱半導體材料（ QW 激光器） 期待新一代光電功能材料的突破 !！ !光通信發(fā)展歷史的見證光通信發(fā)展歷史的見證1990s： ? 稀土摻雜光纖（摻鉺光纖放大器）光通信技術的革命光電功能材料進展 光電子技術的突破光子晶體光子晶體? 概念－光子能帶? 光子晶體特性三維一維 二維d ? 光子晶體（光子晶體（ PC））?介電常數(shù)周期分布的介質形成光子能帶，禁止 帶隙 (PBG) 頻率的光傳播Diamond光子能帶Defect state? 缺陷能級在包層帶隙中，缺陷態(tài)的光受帶隙限制二維結構參量 :孔徑 － d周期 － ?芯徑 － ??? 光子晶體光纖是帶缺陷 (纖芯 )的二維光子晶體 光子晶體特性光子晶體特性－ 抑制頻率落在帶隙內的原子和分子的自發(fā)輻射 帶隙 ( PBG )限制作用I thP ( mW )應用：－ 高效率無發(fā)光二極管、太陽能電池 － 高效率無背 瓣微波天線－ 禁止頻率落在帶隙內的光傳播－帶阻濾波器 光子晶體特性光子晶體特性2. PBG 限制的 “微腔 ”作用－ 帶隙限制微腔自發(fā)輻射態(tài)密度增強（ Purcell效應）Optical microcavitiesElectron quantum boxes應用：－ 實現(xiàn)接近零閾值的激光輻射 － 實現(xiàn)對量子態(tài)（量子比特）的操作－ 帶隙限制微腔的光子局域 ( Photonic location ) 光子晶體特性光子晶體特性應用 ：－ 高速度、高選擇性、高集成度的動態(tài)調控（如濾波 衰減、開關、分插 /復用等） － 微腔波導激光器 “微腔 ”間的耦合作用－ “微腔 ”間通過消逝場直接耦合或跳躍式耦合－微腔波導 光子晶體特性光子晶體特性－ 空心波導 (無介質損耗、無色散、無光學非線性 〕應用 ：－ 實現(xiàn)超高速、超長距離光通信 PBG限制導波作用－ 無 全內反射機制 (無輻射模 )，可折彎成 90o而無光損耗應用 ：－ 解除了傳統(tǒng)光集成回路尺度過大（毫米級）的理論 限制， 實現(xiàn)大規(guī)模微米級光集成回路的夢想。－ 單模波導芯徑可粗可細，光學非線性可弱可強應用 ：－ 實現(xiàn)高效率、低能耗的全光型光學非線性功能器件 （四波混頻、波長變換、受激拉曼散射、高速光開關） 光子晶體特性光子晶體特性?!光子晶體的發(fā)展進程光子晶體的發(fā)展進程? 1987年提出光子帶隙 (PBG)概念? 1990年 PBG計算機論證? 1991年微波 PBG實驗論證? 1996年 第一根 TIR光子晶體光纖? 1997年第一根 PBG光子晶體光纖OFC 情況論文： 2023 ： 6 ， 2023： 15國家： 2023 ： 4 ， 2023： 8? 1993年制造出第一塊半導體三維光子晶體? 1998－ 2023年光子晶體光纖研究熱? 2023年第一家光子晶體光纖公司成立? . Photonics NanostructureMaterials and Devices 國際會議在San Diego召開光子晶體－交叉學科發(fā)展的產物光子晶體－交叉學科發(fā)展的產物半導體金屬石英有機聚合物液晶生物蛋白材料微波無線光通信網絡量子信息信息 生物物理近場光學納光子學凝聚態(tài)物理二維光子晶體二維光子晶體(光子晶體光纖－光子晶體光纖－ PCF )百花爭艷 PCF PolymerGLS glass 摻 YbPCF 類型晶格：三角空氣柱包層＋ Silica柱芯原理：低等效包層折射率－全內反射特性：次高階模截止帶寬內單模傳輸折射率導引光纖 （ TIRPCF〕光子帶隙導引光纖 （ PBGPCF〕晶格：六角空氣柱包層＋空氣柱芯原理：光子帶隙限制局域單模傳輸特性：帶隙窗口 (數(shù) ?m)內單模傳輸 mm Solid rod Hollow tube PCF 制備工藝 30 mm 16 mm20 mm mm20 mm 1 mm1 mm 1 mm玻璃毛細管聚束熔垃法 PCF 制備工藝玻璃毛細管聚束熔垃法? =2?n2/(?Aeff)： n2 ? , Aeff ? ? ? ? ?? = mmSF
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