光子晶体报告课件

光子晶体报告人：周雪波2011-10-18电动力学中最新的发展—光子晶体

内容提要：一、光子晶体发展的背景二、光子晶体的应用三、光子晶体的发展前途每18个月，集成电路芯片晶体管数目增加1倍，每一年增加两个量级，现在一个芯片上的集成晶体管数目>109,一个晶体管的造价<10-7元。集成电路芯片技术发展的瓶颈何在？出路在何方？瓶颈：量子效应散热问题出路有二：量子计算和量子通讯集成光路芯片—光物理学家的一个伟大梦想集成电路芯片技术的理论基础是什么？

（1）电子能带理论—电子在周期势场的运动（2）泡利不相容原理光子晶体研究被Science选为十大热点领域之一，文章以每年70%以上的速度递增。科学意义:建立了光子的能带理论，打开了控制光的传播及光与物质相互作用的新领域—凝聚态物理和光学的新交叉领域。创造了一种人工设计的新材料---光子半导体。为发展新型光子器件奠定了物理基础。应用领域：光通讯，激光器，光子器件。光子晶体的简介光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。什么是光子带隙？光子带隙是一个频率区域，当入射光的频率落在其中时，它被全反射，不能穿过光子晶体。处于具有完全带隙（所有方向的入射都被全反射）光子晶体中的原子自发辐射被禁戒物理上，光子带隙来源于：被周期性介电结构强散射的光之间的干涉，光子晶体的空间结构—能否相干，构成光子晶体材料介电常数之比—散射足够强。光子晶体的应用—光子晶体光纤光子晶体光纤（PCF）的特性：（一）无截止单模（二）不同寻常的色度色散（三）极好的非线性效应（四）优良的双折射效应由光子晶体制造的光通讯器件将会改变通讯现状，光子晶体技术的发展必将对光通信技术产生重大而深远的影响。光子晶体光纤（PCF）在光纤通信系统中的潜在应用主要有两个方面：传输光纤和光器件。PCF作为传输光纤的研究要点是改进制造工艺、降低光纤损耗。PCF作为光器件的研究要点是通过调整PCF的结构尺寸来实现PCF器件所需要的性能。光子晶体的发展历程

晶体及电子运动规律—20世纪上半期光子晶体概念提出——1987年晶体管及半导体器件——40-50年代光子晶体特性及器件研究——90年代集成化——60年代之后光子晶体器件集成研究——至今光子产业——？光子晶体的发展前景：光子晶体被科学界和产业界称为“光半导体”或“未来的半导体”。可以预计，在五年之内，光子晶体的许多基本应用将会在市场上体现出来。在十年之内，应该制造出来第一个光子晶体“二极管”和“晶体管”。二十年之内，应该制造出第一个光子晶体逻辑电路。再接下来，光子晶体驱动的光子计算机可能会出现。参考文献：1、《光子晶体光纤发展动向》，苏方宁，2005年4月；2、《光子晶体引发光通