gammaproteobacteria
摘要：本文以光子学为基础，详细介绍了光子技术和光子集成的概念、主要应用领域、目前的研究热点及以光波导集成为基础的光子集成器件的研究进展。 变压器温度计关键词：光子 光子晶体 光子技术 光子集成 光波导 光子集成（Photonic Integrated Circuit，PIC），也叫光子集成电路。以介质波导为中心集成光器件的光波导型集成回路，即将若干光器件集成在一片基片上，构成一个整体，器件之间以半导体光波导连接，使其具有某些功能的光路。如集成外腔单稳频激光器，光子开关阵列，光外差接收机和光发射机等。
一、光子集成（PIC）的理论基础
光子集成技术的理论基础是光子学。当前，支撑信息社会的两大微观信息载体是电子和光子，它们都是微观粒子。光子是波子，不带电、传播速度快，光束可互相穿越而不互相干扰，因而可大规模互联和并行传输，具有独特的优越性。目前已研究开发和正在开发的光子技术主要领域有：激光技术和、光子计算机、光存储技术、光通信和全息光技术等。与电子
学器件相比，光子学器件中光子的运用不受回路分布延迟的影响（一般为10-9s），光在固体中传输速度为10-12cm/s左右，光子学器件的时间响应和容量要比电子学器件高得多。目前实验室已能获得十几个飞秒的光子脉冲。光子信息系统的运算速度要大大超出现有的电子信息系统。光子信息系统的空间带宽和频率带宽都很大，光子学与光子技术使光纤通信的容量从原理上讲比微波通信大1万倍到10万倍以上，一路微波通道可以传送一路彩电视或1千多路数字电话信号，而一根光纤则可以同时传送1千多万甚至1亿路电话。目前已完成了从第一代0.85μm波段与多模光纤，到第二代1.3μm波段零散与单模光纤，再到第三代1.55μm波段与低损耗散位移单模光纤的换代发展。利用光子学方式可以实现三维立体存储。光存储信息容量大，可靠性强，存取速度快，成本低且应用范围广。光盘、光卡的存储容量比磁盘、磁卡要高出200至20000倍，且不易磨损，不受外界磁场、温度影响，可靠性强。由于光的频率高，故此可高速传递信息，也可利用多重波长使信息二维并列传送，更甚者，光还可以进行并列处理，且无需阻抗匹配和布线回路，故可进行高速信号调制，同电气布线相比较，在未来光计算机中将超越电气布线的极限，使高速处理系统得以实现。
跟刀架>智能开关方案
以光子晶体(photonic crystals)（图1）为代表的光集成技术是近年来快速发展的前沿成果。近年来，技术上既可以在晶体内部通过引入缺陷来操控光子，也可以在三维光子晶体的表面来操控光子。这将在光子集成电路上通过光子晶体来操控光子提供了现实可能。光子晶体是介电常数等某些参数周期性变化的纳米结构材料，可产生一个光子带隙（band gap），带隙将会影响光子在材料的传播。与半导体的情况类似，光子能带结构是周期性位势(periodic potential)。在介电系数呈周期性排列的三维介电材料的光子系统中，电磁波经介电函数散射后，某些波段的电磁波强度会因破坏性干涉而呈指数衰减，无法在系统内传递，相当于在频谱上形成能隙，于是散关系(dispersion relation)具有带状结构，即所谓的光子能带结构(photonic band structures)（图2、图3）。具有光子能带结构的介电物质，就称为光能隙(photonic energy gap)系统(photonic band-gap system，简称PBG系统)，或简称光子晶体。
汽化炉
图1 由 SiCN陶瓷材料形成的光子晶体
微型立交桥
图2 半导体能隙和光子能隙比较
图3 光子能带结构
能隙可以局限电磁波，光子晶体的杂质态大多落在能隙内，这为导引电磁波的成为可能。由于杂质四周都是光子晶体形成的“禁区”，电磁波在空间分布上只能局限在杂质附近，因此一个点状缺陷(point defect)相当于一个微空腔(micro-cavity)。电磁波便可能沿着这些缺陷传递，就相当于一个波导(waveguide)，于是可以通过引入杂质形成缺陷来控制和操作光子流（图4）。三维光子晶体还具有表面态（surface states）（图5、图6），光子能够受限于这些表面态，表面并不吸收光，这可以被用来制作成新型传感器等光集成器件。
图4
图5
图6
二、光集成技术现状
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