新型光波導(dǎo)的建模和仿真

方云團(tuán)

（江蘇大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013）

當(dāng)前電子信息技術(shù)遭遇技術(shù)瓶頸，摩爾定律失效。信息技術(shù)處于質(zhì)變的前夜，量子通信、拓?fù)浣^緣體、全光通信紛紛走上歷史的舞臺。在所有全新的信息技術(shù)中，全光通信是距離我們最近的也是發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域。21 世紀(jì)是光子信息時代，全光通信是未來通信的發(fā)展方向。光子取代電子具有極大的優(yōu)越性，光子開關(guān)的速度極限比電子開關(guān)速度極限高出4 個數(shù)量級以上，光子信息可以作為高密通道交互傳輸及并行處理。在未來通信和信息處理系統(tǒng)中，利用光子傳輸信息可以完全克服電子傳輸信息的技術(shù)瓶頸，在傳輸速度、帶寬、大容量方面取得質(zhì)的突破，完全能夠滿足當(dāng)前和未來對通信速度和容量的要求。在全光通信系統(tǒng)中，光集成回路的設(shè)計無疑是重中之重。用光子取代電子面臨技術(shù)的挑戰(zhàn)主要是如何把光約束到小于波長尺寸范圍內(nèi)傳播，因為光特有的衍射效應(yīng)容易在傳播過程中發(fā)散。目前已經(jīng)發(fā)展了多種技術(shù)來控制光在微納米結(jié)構(gòu)中傳播，其中包括光子晶體和金屬表面等離激元。光子晶體類比于電子半導(dǎo)體，是一種折射率周期分布的人工介質(zhì)結(jié)構(gòu)，是構(gòu)建光集成回路的一種基本的框架。對其傳輸特性的研究一直是過去、現(xiàn)在和未來的研究熱點。

楊宏偉教授等利用時域有限差分法研究了光子晶體多種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性，光子晶體能有效控制光子在其結(jié)構(gòu)中傳播，這為光子晶體器件的設(shè)計研究提供了理論依據(jù)。

陳俊學(xué)博士等研究了金屬表面等離激元與波導(dǎo)模式的耦合效應(yīng)，通過在電介質(zhì)覆蓋金屬波導(dǎo)的頂層，引入一維亞波長凹槽結(jié)構(gòu)來研究SPP 和波導(dǎo)模式間的相互作用，相對于在金屬膜上制作凹槽結(jié)構(gòu)（只存在SPP 模式），在電介質(zhì)覆蓋金屬波導(dǎo)上由于共存有兩個電磁模式，結(jié)合這兩種傳輸模式的特點，可以實現(xiàn)特殊的傳輸方式，這將為發(fā)展二維光子學(xué)器件，如光子芯片、耦合器和方向性激發(fā)SPP 和波導(dǎo)模式提供有效的方案。

陳明陽教授等的研究涉及太陽能聚光效率的研究，提出以光纖為傳輸介質(zhì)的太陽光光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)的聚光方案，將太陽光經(jīng)菲涅耳透鏡-錐棒兩級匯聚以實現(xiàn)高效聚光。該研究對相關(guān)太陽能器件的設(shè)計提供了有益的參考。

本欄目中，這3 個工作分別代表了各自方向上的研究前沿，有一定的理論定義，為未來光子器件的設(shè)計與制造打下了一定的基礎(chǔ)，因而也有很強(qiáng)的應(yīng)用前景，值得推薦。