新型光波導的建模和仿真

方云團

（江蘇大學計算機科學與通信工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013）

當前電子信息技術遭遇技術瓶頸，摩爾定律失效。信息技術處于質變的前夜，量子通信、拓撲絕緣體、全光通信紛紛走上歷史的舞臺。在所有全新的信息技術中，全光通信是距離我們最近的也是發(fā)展最快的技術領域。21 世紀是光子信息時代，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，光子開關的速度極限比電子開關速度極限高出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瓶頸，在傳輸速度、帶寬、大容量方面取得質的突破，完全能夠滿足當前和未來對通信速度和容量的要求。在全光通信系統(tǒng)中，光集成回路的設計無疑是重中之重。用光子取代電子面臨技術的挑戰(zhàn)主要是如何把光約束到小于波長尺寸范圍內傳播，因為光特有的衍射效應容易在傳播過程中發(fā)散。目前已經(jīng)發(fā)展了多種技術來控制光在微納米結構中傳播，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體，是一種折射率周期分布的人工介質結構，是構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結構的傳輸特性，光子晶體能有效控制光子在其結構中傳播，這為光子晶體器件的設計研究提供了理論依據(jù)。

陳俊學博士等研究了金屬表面等離激元與波導模式的耦合效應，通過在電介質覆蓋金屬波導的頂層，引入一維亞波長凹槽結構來研究SPP 和波導模式間的相互作用，相對于在金屬膜上制作凹槽結構（只存在SPP 模式），在電介質覆蓋金屬波導上由于共存有兩個電磁模式，結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)展二維光子學器件，如光子芯片、耦合器和方向性激發(fā)SPP 和波導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的太陽光光纖傳導系統(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。該研究對相關太陽能器件的設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計與制造打下了一定的基礎，因而也有很強的應用前景，值得推薦。