光子的案例
適合中國(guó)的新賽道——硅光子！
硅光子和光電收發(fā)模塊有什么關(guān)系？
一個(gè)光電模組包含光接收器、放大器、調(diào)變器等許多組件，過去這些組件都是個(gè)別、零散地放在PCB板上，但為了提升功耗、增加信號(hào)傳輸速度，這些組件改成全整合到單一硅芯片上。
在硅平臺(tái)上的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，都能算在硅光子技術(shù)范疇，過程中需克服的面向也不同。也因此，為了讓讀者更好理解，我們會(huì)以硅光子發(fā)展至今的每個(gè)階段，作為分享的主軸。
集成電路下一步集成“光”路：硅光子三部曲
硅光子第一階段：從傳統(tǒng)插拔式模塊升級(jí)
硅光子已默默耕耘20多年，傳統(tǒng)的硅光子插拔式外型非常像USB接口，外接兩條光纖，分別傳輸進(jìn)去和出去的光; 但插拔式模塊的電信號(hào)進(jìn)入交換器前，必須走一大段路（如下圖 b），在高速運(yùn)算損失又多（大），所以為了減少電損失，硅光元件改到接近服務(wù)器交換器外圍的位置，縮短電流通的距離，而原本的插拔式模組只剩下光纖。
而上述這個(gè)作法，正是目前業(yè)界積極發(fā)展的「共封裝光學(xué)模組」（CPO，Co-Packaged Optics）技術(shù)。主要是將電子集成電路（EIC）和光子集成電路（PIC）共同裝配在同一個(gè)載板，形成芯片和模組的共同封裝（即下圖 d 的 CPO 光引擎），以取代光電收發(fā)模組，使光引擎更接近 CPU/GPU（即下圖 d 芯片），縮減電傳輸路徑、減少傳輸耗損及信號(hào)延遲。
據(jù)了解，這項(xiàng)技術(shù)能降低成本，數(shù)據(jù)量傳輸提升8倍，提供30倍以上的算力并節(jié)省50%功耗。但目前芯片組的整合仍處于現(xiàn)在進(jìn)行式，如何精進(jìn)CPO技術(shù)，成為硅光子發(fā)展的下一個(gè)重要步驟。
解決 CPO 瓶頸然后呢？硅光子第二階段：解決CPU/GPU 對(duì)傳問題
目前硅光子主要在解決插拔式模塊的信號(hào)延遲之挑戰(zhàn)，隨著技術(shù)發(fā)展，下一階段將會(huì)是解決CPU和GPU傳輸?shù)碾娦盘?hào)問題。
展開 領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子學(xué)器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。器件和系統(tǒng)級(jí)工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、電氣和熱效應(yīng)進(jìn)行建模仿真。
產(chǎn)品之間靈活的互操作性支持將多物理場(chǎng)仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結(jié)合的各種工作流程，以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
Ansys Lumerical FDTD是業(yè)界公認(rèn)的微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具。
這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應(yīng)用千微納光電子器件、工藝以及材料的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。
FDTD的集成設(shè)計(jì)環(huán)境支持腳本語言操作、高級(jí)后處理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設(shè)計(jì)要求。
規(guī)格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級(jí)共形網(wǎng)格技術(shù)
靈活的材料插件
支持隨空間變化的各向異性材料
全矢量自定義和高數(shù)值孔徑的寬譜高斯光源
遠(yuǎn)場(chǎng)分析
Q因子分析
自動(dòng)提取S參數(shù)
能帶結(jié)構(gòu)分析
腳本和優(yōu)化程序
支持云計(jì)算和HPC高性能并行計(jì)算
主要特點(diǎn)
光子器件逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化
針對(duì)目標(biāo)自動(dòng)化探索最佳設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)；找出性能優(yōu)化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強(qiáng)大的后處理
強(qiáng)大的后處理功能，包括遠(yuǎn)場(chǎng)分析，能帶結(jié)構(gòu)分析，雙向散射分布函數(shù)(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產(chǎn)生率。
非線性與各向異性材料
對(duì)含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進(jìn)行彷真?？梢赃x擇各種非線性、負(fù)折射率和增益的材料模型，或者使用靈活的材料插件自行定義新材料模型。
展開 Ansys | 什么是表面等離子體光子學(xué)及其應(yīng)用
在過去的幾十年中，電子和光子學(xué)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，顯著改進(jìn)了數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。
表面等離子體光子學(xué)描述了在金屬-電介質(zhì)界面上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行納米級(jí)（十億分之一米）操作。受光子學(xué)的啟發(fā)，表面等離子體光子學(xué)利用了金屬納米結(jié)構(gòu)的獨(dú)特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號(hào)成為可能。
在同一半導(dǎo)體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學(xué)和電子學(xué)與表面等離子體光子學(xué)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，可創(chuàng)造出超高速的計(jì)算機(jī)芯片和光通信器件，并為超靈敏傳感器和顯微鏡提供動(dòng)力。
什么是表面等離子體？
當(dāng)加州理工學(xué)院的Atwater教授于2007年首次提出表面等離子體光子學(xué)概念時(shí)，他預(yù)測(cè)該技術(shù)將催生一系列應(yīng)用，包括從超靈敏的生物傳感到隱身斗篷。
無論何種應(yīng)用，表面等離子體光子學(xué)都依賴于在金屬-電介質(zhì)界面操作電磁場(chǎng)和自由電子之間的相互作用——電介質(zhì)是一種可在電場(chǎng)的作用下極化的絕緣體（如玻璃或空氣）?？刂平饘匐姎夂凸鈱W(xué)屬性的自由電子會(huì)在電磁場(chǎng)（即光）中振蕩，并產(chǎn)生一種被稱為表面等離子體的現(xiàn)象。
什么是表面等離子體共振？
在納米級(jí)，自由電子被限制在微小的空間區(qū)域里，從而限制了其振動(dòng)的頻率范圍。當(dāng)與光相互作用時(shí)，自由電子會(huì)吸收與其振動(dòng)頻率相匹配的光（同時(shí)反射其余部分的光），這意味著它們處于共振狀態(tài)，因此成為“表面等離子體共振”（SPR）。SPR可應(yīng)用于納米棒、納米線、納米光子和其他形式的納米技術(shù)。
表面等離子體光子學(xué)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素
自首批基于芯片的半導(dǎo)體問世以來，我們這個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型社會(huì)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，并生產(chǎn)出了越來越小、越來越快的處理器。然而，器件尺寸不斷縮小給其自身帶來了挑戰(zhàn)，同時(shí)也使其受到熱問題和處理速度的限制。
光學(xué)互連，憑借其大帶寬（數(shù)據(jù)傳輸容量），提供了一種前景光明的解決方案。
展開 一期一會(huì) | 表面等離子體光子學(xué)詳解及其應(yīng)用
本專題將以“一期一會(huì)”的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜?，圍繞Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計(jì)及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動(dòng)駕駛、汽車、聲學(xué)、航空航天、材料等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，讓復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)觸手可及。
在過去的幾十年中，電子和光子學(xué)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，顯著改進(jìn)了數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。
表面等離子體光子學(xué)描述了在金屬-電介質(zhì)界面上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行納米級(jí)（十億分之一米）操作。受光子學(xué)的啟發(fā)，表面等離子體光子學(xué)利用了金屬納米結(jié)構(gòu)的獨(dú)特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號(hào)成為可能。
在同一半導(dǎo)體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學(xué)和電子學(xué)與表面等離子體光子學(xué)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，可創(chuàng)造出超高速的計(jì)算機(jī)芯片和光通信器件，并為超靈敏傳感器和顯微鏡提供動(dòng)力。
什么是表面等離子體？
當(dāng)加州理工學(xué)院的Atwater教授于2007年首次提出表面等離子體光子學(xué)概念時(shí)，他預(yù)測(cè)該技術(shù)將催生一系列應(yīng)用，包括從超靈敏的生物傳感到隱身斗篷。
無論何種應(yīng)用，表面等離子體光子學(xué)都依賴于在金屬-電介質(zhì)界面操作電磁場(chǎng)和自由電子之間的相互作用——電介質(zhì)是一種可在電場(chǎng)的作用下極化的絕緣體（如玻璃或空氣）?？刂平饘匐姎夂凸鈱W(xué)屬性的自由電子會(huì)在電磁場(chǎng)（即光）中振蕩，并產(chǎn)生一種被稱為表面等離子體的現(xiàn)象。
什么是表面等離子體共振？
在納米級(jí)，自由電子被限制在微小的空間區(qū)域里，從而限制了其振動(dòng)的頻率范圍。當(dāng)與光相互作用時(shí)，自由電子會(huì)吸收與其振動(dòng)頻率相匹配的光（同時(shí)反射其余部分的光），這意味著它們處于共振狀態(tài)，因此成為“表面等離子體共振”（SPR）。SPR可應(yīng)用于納米棒、納米線、納米光子和其他形式的納米技術(shù)。
表面等離子體光子學(xué)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素
自首批基于芯片的半導(dǎo)體問世以來，我們這個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型社會(huì)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，并生產(chǎn)出了越來越小、越來越快的處理器。
展開 
基于Lumerical fdtd進(jìn)行無序光子晶體波導(dǎo)的仿真設(shè)計(jì)及優(yōu)化
光子晶體是一類通過不同折射率介質(zhì)周期性的排列而形成的具有光波長(zhǎng)量級(jí)的周期性人工微型結(jié)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)晶體來說，由于介電函數(shù)的周期性分布，光子晶體也會(huì)產(chǎn)生一些類似于傳統(tǒng)晶體的帶隙，使光局域在帶隙中無法傳播。我們?cè)谕暾?em>光子晶體陣列中引入線缺陷可以構(gòu)造出光子晶體波導(dǎo)，光子波導(dǎo)由于傳播低損耗和體積小等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于器件之后，在未來光通信領(lǐng)域有很大的前景。光子晶體在實(shí)際制備過程中由于不可避免的無序效應(yīng)而使自身的傳輸特性受到影響，甚至降低其光學(xué)器件的性能，但是在光子器件、隨機(jī)激光器、太陽能電池等應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，研究無序光子晶體結(jié)構(gòu)中光傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)無序光子晶體的光傳輸特性的有效應(yīng)調(diào)控，這無論在理論上還是應(yīng)用上都具有非常深遠(yuǎn)的意義。
當(dāng)光機(jī)晶體波導(dǎo)里面有缺陷時(shí)，通過介質(zhì)傳播的波會(huì)經(jīng)歷多次散射。當(dāng)波長(zhǎng)大于散射中心的大小時(shí)，散射體間距離相對(duì)較大，稱為弱散射。 在弱散射狀態(tài)下，波傳播是一個(gè)擴(kuò)散過程，我們可以用散射之間的平均自由程L或擴(kuò)散常數(shù)ξ來描述。如果散射量足夠大，則擴(kuò)散常數(shù)ξ消失，波傳播可以完全停止。這種現(xiàn)象被稱為安德森局域化。光子晶體在制作過程中難免會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不理想以及缺陷，這種情況被叫做結(jié)構(gòu)無序，結(jié)構(gòu)無序主要有空氣孔大小無序、位置無序和旋度無序三種情況。在這里，我們采用FDTD solutions軟件研究在單光子源入射的情況下，五邊形光子晶體波導(dǎo)的光傳輸特性隨無序程度變化的情況，進(jìn)而得出無序效應(yīng)對(duì)二維光子晶體光傳輸特性的影響，證明6%無序度的五邊形氣孔的六邊形光子晶體波導(dǎo)具有引人注目的光傳輸性質(zhì)。
在這項(xiàng)工作中，六邊形光子晶體晶格結(jié)構(gòu)采用如圖1所示的五邊形氣孔形狀。我們?cè)谄吲?em>光子晶體中部引入線缺陷，同時(shí)在線缺陷兩端設(shè)計(jì)三排五邊形氣孔的光子晶體，其他最外面三排設(shè)計(jì)成圓柱形氣孔的光子晶體。采用偶極子光源充當(dāng)量子點(diǎn)。
展開 Rev.》發(fā)表光子晶體領(lǐng)域封面文章
光子晶體(PhotonicCrystals)是一類由介質(zhì)周期性排列構(gòu)成的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其顯著特征是具有光子禁帶（Photonic Bandgap, PBG），特定波長(zhǎng)的光在光子禁帶內(nèi)不能夠傳播。由于光子禁帶的存在，光子晶體具有出色的光子操控性能。除此之外，光子晶體還具有慢光效應(yīng)、光子局域、超棱鏡效應(yīng)、負(fù)折射效應(yīng)、自準(zhǔn)直效應(yīng)、拓?fù)?em>光子態(tài)等物理特性。這個(gè)特性被用來制備光波導(dǎo)，光開關(guān)，濾波器，低閾值激光等高性能的光學(xué)器件。未來可望開發(fā)成光子計(jì)算機(jī)和光子傳感器，被用于量子傳感和量子計(jì)算等領(lǐng)域。此外，多孔結(jié)構(gòu)的光子晶體也被廣泛應(yīng)用于超材料、隱身材料、光學(xué)傳感、環(huán)境以及儲(chǔ)能等領(lǐng)域。因此，光子晶體引起了科學(xué)界的廣泛興趣，1998年和1999年，與光子晶體相關(guān)的研究?jī)啥缺弧禨cience》評(píng)為當(dāng)年世界上“十大科學(xué)進(jìn)展”，同時(shí)也被《Science》預(yù)測(cè)為未來六大研究熱點(diǎn)之一。2006年，《Science》又再一次將光子晶體評(píng)為未來的自然科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)。
圖1.(a)光刻法制備的多晶硅光子晶體; (b)全息光刻法制備的聚合物光子晶體；(c)激光直寫法制備三維光子晶體;膠體自組裝制備(d)金剛石機(jī)構(gòu)光子晶體;(e)蛋白（澳寶）石結(jié)構(gòu)光子晶體; (f)反蛋白（澳寶）石結(jié)構(gòu)光子晶體.
然而，如何高效率制備高品質(zhì)光子晶體是其廣泛應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。常用的方法有“自上而下”的半導(dǎo)體加工的方法以及“自下而上”的膠體自組裝方法?！白陨隙隆狈椒m然可以控制其結(jié)構(gòu)以達(dá)到極少的缺陷，但是通常難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光子晶體結(jié)構(gòu)，且成本非常高（圖1a-c）。因此，科學(xué)家通常探索采用成本較低，操作簡(jiǎn)便的“自下而上”的膠體自組裝方法制備復(fù)雜的光子晶體（圖1d-f）。
展開 Ansys Lumerical | 自發(fā)參量下變頻 （SPDC） 光子源
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此示例演示了如何對(duì)真實(shí)的光子源進(jìn)行建模，并將其用作 qINTERCONNECT 的輸入。用直波導(dǎo)中一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)且具有χ ( 2 ) 非線性的局部區(qū)域計(jì)算I型SPDC過程的光子產(chǎn)生速率和波函數(shù)，其中泵浦光子被轉(zhuǎn)換為信號(hào)和閑置光子對(duì)，從而滿足能量守恒和相位匹配條件。對(duì)于相同和不相同的光源，證明了來自兩個(gè)獨(dú)立源的光子之間的干涉。
概述
本例中的仿真是使用 MODE 和 qINTERCONNECT 求解器執(zhí)行的。模擬在 MODE 中通過 Lumerical 腳本文件進(jìn)行設(shè)置和運(yùn)行。接下來，運(yùn)行 python 腳本以生成用作 qINTERCONNECT 輸入的狀態(tài)。然后，qINTERCONNECT 仿真通過 Python API 運(yùn)行，可以直接在 INTERCONNECT 中運(yùn)行，也可以在外部 Python 環(huán)境中運(yùn)行。由于 qINTERCONNECT 需要 INTERCONNECT GUI 許可證才能運(yùn)行，因此至少需要兩個(gè) GUI 許可證才能直接從 INTERCONNECT 環(huán)境運(yùn)行 qINTERCONNECT。
自發(fā)參量下變頻是一種非線性光學(xué)過程，其中泵浦頻率的光子被轉(zhuǎn)換為一對(duì)光子，標(biāo)記為信號(hào)光子和閑置光子，從而實(shí)現(xiàn)能量守恒并滿足相位匹配條件。在I型SPDC中，信號(hào)光子和閑置光子具有相同的偏振，這與泵浦偏振正交。信號(hào)光子和閑置光子之間的光譜相關(guān)性由雙光子波函數(shù)描述，這限制了單光子源的不可區(qū)分性。
一旦產(chǎn)生雙光子波函數(shù)，它就可以用作qINTERCONNECT中電路的輸入。例如，可以使用滴環(huán)濾光片將兩個(gè)光子與光源分開。
第 1 步：非線性模式重疊和色散曲線擬合
第一步是計(jì)算有效的非線性模態(tài)重疊面積，這決定了非線性相互作用的強(qiáng)度。
展開 行業(yè)動(dòng)態(tài) | Ansys Lumerical 光子設(shè)計(jì)工具獲 GlobalFoundries 認(rèn)證
Ansys光子求解器已通過認(rèn)證，可與GF FotonixTM平臺(tái)結(jié)合使用，以助力用戶設(shè)計(jì)無源和有源光子器件、降低成本并提高光子芯片性能
主要亮點(diǎn)
GlobalFoundries認(rèn)證了四款A(yù)nsys光子求解器，其中包括Ansys Lumerical FDTD?高級(jí)3D微納光子學(xué)仿真軟件和Ansys Lumerical MODE?光波導(dǎo)設(shè)計(jì)工具
其他獲得認(rèn)證的求解器還包括Ansys Lumerical CHARGE?基于物理場(chǎng)的載流子傳輸求解器和Ansys Lumerical HEAT?基于物理場(chǎng)的熱傳輸求解器
這些認(rèn)證有助于客戶為新一代光子集成電路（PIC）設(shè)計(jì)高性能光子組件，從而實(shí)現(xiàn)更快、更高效的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，此類通信技術(shù)非常適合超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用
Ansys與GlobalFoundries合作，目前四款A(yù)nsys光子求解器已通過認(rèn)證，使工程師能夠在GF Fotonix平臺(tái)中以高保真度進(jìn)行無源和有源光子器件仿真。Ansys與GlobalFoundries攜手，共同為客戶提供可靠的多物理場(chǎng)仿真解決方案，以解決一系列高容量芯片（包括生成式AI、自動(dòng)駕駛汽車、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心通信和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域使用的芯片）的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
GF Fotonix是一款功能豐富且高度靈活的硅光子學(xué)平臺(tái)，也是業(yè)界率先可用于光子和電子器件單片集成的商用代工廠平臺(tái)，并提供光子學(xué)專用流程選項(xiàng)。光子器件包括有源器件（如馬赫-曾德爾和微環(huán)調(diào)制器以及鍺光電二極管）和無源組件（如分光器、多模干涉儀、移相器/相位旋轉(zhuǎn)器、錐形波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)和波分復(fù)用濾波器）。該平臺(tái)使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)槠涓咚俟馔ㄐ畔到y(tǒng)應(yīng)用開發(fā)定制解決方案，以滿足其高帶寬、低時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸和低功耗要求。
展開 華中科技大學(xué)朱錦濤、張連斌團(tuán)隊(duì)在光子晶體彈性體材料領(lǐng)域取得進(jìn)展
光子晶體是指由不同介電材料周期性排列而產(chǎn)生的光子帶隙結(jié)構(gòu)，具有調(diào)控光傳播的作用。當(dāng)可見光通過光子晶體時(shí)，特定頻率的光會(huì)受到光子帶隙的調(diào)制，導(dǎo)致部分可見光不能通過該材料直接被反射，從而使光子晶體產(chǎn)生特定的結(jié)構(gòu)色。結(jié)構(gòu)色在自然界中廣泛存在，例如蛋白石、孔雀的羽毛、蝴蝶或甲蟲的翅膀等都具有周期性排列的光子晶體結(jié)構(gòu)從而展現(xiàn)出鮮艷的結(jié)構(gòu)色。
將光子晶體與聚合物彈性體結(jié)合可得到光子晶體彈性體，可用于可視化的力學(xué)傳感器等領(lǐng)域。然而，如何提高光子晶體彈性體材料的使用性能，同時(shí)又避免不同觀測(cè)角度帶來的色彩不一致的問題仍然是該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問題，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院朱錦濤、張連斌團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了一種基于金屬超分子聚合物的可自愈合、具有無角度依賴結(jié)構(gòu)色的光子晶體彈性體材料，克服了光子晶體材料機(jī)械損傷以及不同觀測(cè)角度色彩不一致的局限。相關(guān)成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）雜志上。該論文的通訊作者是朱錦濤教授和張連斌教授，論文第一作者為博士后譚海英。
圖 1基于超分子聚合物的光子晶體彈性體及其無角度依賴的結(jié)構(gòu)色彩。
作者利用聚二甲基硅氧烷與稀土金屬離子形成的超分子聚合物作為基體材料，將其與單分散的二氧化硅納米粒子復(fù)合，通過噴涂或快速溶劑揮發(fā)的方法誘導(dǎo)二氧化硅納米粒子在超分子聚合物中自組裝形成具有短程有序結(jié)構(gòu)的光子晶體材料，該材料展現(xiàn)出鮮艷的結(jié)構(gòu)色。改變納米粒子尺寸或納米粒子在聚合物中的含量可調(diào)控其結(jié)構(gòu)色彩。該材料還表現(xiàn)出無角度依賴的結(jié)構(gòu)色，即從不同的角度觀察其顏色不發(fā)生變化（如圖1所示）。更重要的是，該光子晶體彈性體還表現(xiàn)出類似于變色龍皮膚的變色性能，在拉伸或壓縮等外力作用下其結(jié)構(gòu)色可發(fā)生改變（圖2），外力釋放后該材料又能恢復(fù)到之前的結(jié)構(gòu)色，因此可用于可視化應(yīng)力傳感領(lǐng)域。
展開 江雷院士團(tuán)隊(duì)在光子晶體驅(qū)動(dòng)材料研究取得新進(jìn)展
江雷團(tuán)隊(duì)在具有超浸潤(rùn)性光子晶體的制備及應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展。在此前的工作中，該團(tuán)隊(duì)利用所制備的單一材料聚離子液體反蛋白石光子晶體，基于其從表面朝內(nèi)部的梯度的溶劑去浸潤(rùn)過程實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象，光子晶體膜發(fā)生卷曲（Chem. Commun., 2016, 52, 5924）。但所制備的光子晶體驅(qū)動(dòng)性能較差，很難滿足應(yīng)用需求。隨后通過將液晶單體過度滲透到膠體晶體模板中并隨后進(jìn)行光聚合，制備了具有連續(xù)彎曲/去彎曲行為的溶劑響應(yīng)驅(qū)動(dòng)器(Soft Matter, 2018, 14, 5547)。
近期，理化所光子晶體驅(qū)動(dòng)材料研究又取得新進(jìn)展，江雷團(tuán)隊(duì)研究員王京霞與湖南師范大學(xué)教授陳波合作，通過梯度填充法制備了一種Janus 型聚（離子液體-甲基丙烯酸甲酯）共聚物反蛋白石光子晶體膜（圖1），該膜上表面聚集親水的聚離子液體，呈親水性，而下表面富集疏水的聚甲基丙烯酸甲酯，呈疏水性。所制備樣品兩面的不同性能主要是由于光照聚合過程中離子液體和甲基丙烯酸甲酯不同的聚合行為而造成的相分離，導(dǎo)致其化學(xué)組成沿薄膜厚度方向的梯度分布。所制備薄膜的Janus 性使之遇水蒸氣后具有明顯的定向彎曲行為，在4s內(nèi)彎曲角度接近1440°，并伴有亮麗的結(jié)構(gòu)色變化。
圖1. 所制備的Janus 型光子晶體膜及封面圖片
薄膜的驅(qū)動(dòng)行為可以通過薄膜的化學(xué)組成、孔洞大小及溶劑種類來調(diào)節(jié)。通過COMSOL模擬了樣品的定向驅(qū)動(dòng)性能，并利用單個(gè)薄膜（尺寸12mm *3mm* 20 μm）吸水后的驅(qū)動(dòng)行為實(shí)現(xiàn)了單根機(jī)械軸的運(yùn)動(dòng)（圖2）。該研究工作為發(fā)展新型光子晶體的光學(xué)器件提供了借鑒。
圖2.
展開 光子晶體光纖環(huán)偏振耦合強(qiáng)度溫度特性實(shí)驗(yàn)研究
摘要 以光子晶體光纖環(huán)為研究對(duì)象，利用白光干涉儀測(cè)試了不同溫度下保偏光子晶體光纖環(huán)和普通保偏光纖環(huán)內(nèi)部的偏振交叉耦合強(qiáng)度分布，分析了光纖環(huán)中固定耦合點(diǎn)不同溫度下的偏振耦合強(qiáng)度變化。結(jié)果表明，在 -40 ℃~50 ℃的溫度條件下，保偏光子晶體光纖環(huán)偏振耦合強(qiáng)度最大變化率為0.97%；普通保偏光纖環(huán)偏振耦合強(qiáng)度的變化率為4.71%，約為保偏光子晶體光纖環(huán)的5倍。實(shí)驗(yàn)研究證明，光子晶體光纖環(huán)的偏振交叉耦合強(qiáng)度溫度穩(wěn)定性高于普通保偏光纖環(huán)的偏振交叉耦合強(qiáng)度的溫度穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞 相干光學(xué)；溫度特性；白光干涉法；偏振耦合強(qiáng)度；光子晶體光纖環(huán)
1 引 言
近年來，由于光子晶體光纖（PCF）具有高雙折射、溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)等諸多優(yōu)于傳統(tǒng)光纖的優(yōu)點(diǎn)，其在光纖傳感領(lǐng)域尤其是光纖陀螺上的應(yīng)用已經(jīng)逐步成為研究熱點(diǎn)，并引起了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)的高度重視。
偏振誤差是陀螺中主要的非互易相位誤差，光纖環(huán)中的偏振交叉耦合情況是引起偏振誤差的因素之一，其穩(wěn)定性影響陀螺的精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。近幾年，各研究單位分別對(duì)保偏光纖環(huán)偏振耦合強(qiáng)度的溫度穩(wěn)定性、雙折射色散對(duì)偏振耦合強(qiáng)度的影響
等進(jìn)行了研究。在光子晶體光纖方面，北京航空航天大學(xué)的Ma等測(cè)試了全溫條件下雙折射的溫度特性。目前，對(duì)于光子晶體光纖環(huán)內(nèi)偏振交叉耦合強(qiáng)度的溫度穩(wěn)定
性研究尚未見報(bào)道。
本文利用白光干涉儀（OCDP）對(duì)采用四極對(duì)稱繞法繞制的光子晶體光纖環(huán)和普通保偏光纖環(huán)在不同溫度下的偏振交叉耦合分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
2 測(cè)量原理
基于白光干涉儀的白光干涉法（一種光學(xué)相干域的偏振測(cè)試技術(shù)）可實(shí)現(xiàn)光纖環(huán)對(duì)稱性的分析、光纖環(huán)內(nèi)部偏振交叉耦合的分布測(cè)量[。白光干涉儀(OCDP)采用白光干涉原理，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
展開 
5/11東莞 |首屆泛半導(dǎo)體制程應(yīng)用光子技術(shù)行業(yè)論壇將于第五屆光子技術(shù)應(yīng)用行業(yè)論壇同期舉辦
在此背景下，炬光科技第五屆【光子技術(shù)應(yīng)用行業(yè)論壇】將于2023年5月11日在炬光科技（東莞）基地隆重舉辦。炬光科技為全球高功率半導(dǎo)體激光器及應(yīng)用領(lǐng)域具有影響力的公司和品牌，被中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)激光加工專業(yè)委員會(huì)授予“高功率半導(dǎo)體激光產(chǎn)業(yè)先驅(qū)”稱號(hào)。本屆論壇以【創(chuàng)新·合作】為主題，聚焦光子應(yīng)用前沿技術(shù)，共話光子應(yīng)用未來。自2015年創(chuàng)辦以來，論壇已成為國(guó)內(nèi)光子行業(yè)重要的國(guó)際化學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，受到了與會(huì)嘉賓的高度認(rèn)可。
為深入探討激光光學(xué)技術(shù)在泛半導(dǎo)體生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用，今年，炬光科技將聯(lián)手業(yè)界知名咨詢公司CINNO Research在第五屆【光子技術(shù)應(yīng)用行業(yè)論壇】同期舉辦首屆【泛半導(dǎo)體制程應(yīng)用光子技術(shù)行業(yè)論壇】，將邀請(qǐng)到多名國(guó)內(nèi)及海外業(yè)界知名專家共聚一堂，打造國(guó)際化、權(quán)威性的產(chǎn)業(yè)盛事。專家們將從市場(chǎng)、技術(shù)、應(yīng)用等方面分享多場(chǎng)主題報(bào)告，內(nèi)容覆蓋半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)、Micro LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、半導(dǎo)體制程與晶圓檢測(cè)、新能源汽車的激光應(yīng)用等前沿技術(shù)應(yīng)用。
我們誠(chéng)摯歡迎來自泛半導(dǎo)體制程領(lǐng)域的專家、學(xué)者、企業(yè)家蒞臨，一起謀產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)、促行業(yè)發(fā)展，共同探討光子技術(shù)在泛半導(dǎo)體制程領(lǐng)域的應(yīng)用大局。
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展開 基于comsol模擬的短程有序的非晶光子晶體能帶
Yablonovitch 發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)與具有傳導(dǎo)和價(jià)帶的半導(dǎo)體類似，并將它們命名為光子晶體（與普林斯頓大學(xué)的 Sajeev John 合作）。光子晶體即光子禁帶材料，從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波，當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時(shí)，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。能帶與能帶之間出現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。本模型基于“Topological states in amorphous magnetic photonic lattices”（PHYSICAL REVIEW B 99, 045307 (2019)）一文，對(duì)非傳統(tǒng)的一類光子晶體：短程有序的二維非周期光學(xué)系統(tǒng)--非晶磁光子晶格（AMPLs）研究了其能帶及透射行為。
圖1 幾何結(jié)構(gòu)
如圖1所示，我們首先利用comsol建立其基本模型，可以看到我們以一個(gè)四孔結(jié)構(gòu)為一個(gè)周期，并將其陣列化為四份分別排布在四個(gè)角，然后將其旋轉(zhuǎn)至任意角度，這既是光子晶體的原胞。
圖2 材料賦予
我們將幾何分別賦予材料，如圖2所示，我們給非圓孔區(qū)域賦予空氣介質(zhì)，而圓孔區(qū)域賦予相應(yīng)的介質(zhì)材料，折射率實(shí)部為2，折射率虛部為0。
圖3 倒易晶格矢量的計(jì)算
計(jì)算時(shí)我們首先能帶計(jì)算，需要用到的comsol物理場(chǎng)是電磁波頻域，由于晶體具有重復(fù)的機(jī)構(gòu)，因此可以使用周期性邊界條件，這樣一來只需要一個(gè)原胞，帶隙分析設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于能帶圖中必須對(duì)波矢進(jìn)行掃描，并且，因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的缺乏，我們必須計(jì)算整個(gè)第一布里淵區(qū)的能帶結(jié)構(gòu)，以獲得通帶和帶隙信息。
展開 硅光子技術(shù)應(yīng)用的分析
硅光子技術(shù)應(yīng)用的分析
調(diào)查公司Global Information發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2011年有源光纜(AOC)的全球銷量為30.5萬根，銷售額為7000萬美元。并且還預(yù)測(cè)，2016年的銷量將達(dá)到78.6萬根，銷售額將擴(kuò)大到1.75億美元。之所所硅光子在AOC光收發(fā)器領(lǐng)域取得很好的成績(jī)，是因?yàn)榭梢酝ㄟ^量產(chǎn)大幅降低成本，而此前的AOC采用的是基于化合物半導(dǎo)體的分立元件，價(jià)格相對(duì)比較高。
傳統(tǒng)光通信模塊是將三五族半導(dǎo)體芯片、高速電路硅芯片、無源光器件及光纖封裝而成，其中的成本主要來自三五族半導(dǎo)體芯片及系統(tǒng)封裝。雖然其傳輸速度可達(dá)40Gbit/s以上，但是比起使用電纜傳輸而言，價(jià)格卻昂貴得多，因此近年來，高速硅光電組件變成一項(xiàng)相當(dāng)炙手可熱的題材，主要研究目的就是希望借由芯片量產(chǎn)技術(shù)降低芯片生產(chǎn)成本、提升良率，另一方面，可以縮小硅光電、光學(xué)組件的尺寸，進(jìn)一步和后端電路整合在一起，以降低封裝成本。
總體而言，采用硅光子技術(shù)的最大特點(diǎn)就是成本低、速度快。當(dāng)然，硅光子若進(jìn)一步發(fā)展還存在兩大難題。一是，使光元件和光收發(fā)器大幅實(shí)現(xiàn)小型化和低耗電量化的方法。另一個(gè)是，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大容量化的王牌——密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的利用。
如今的光子晶體未采用硅基，因?yàn)楹茈y采用硅基以高效率制作有源器件。不過，結(jié)合發(fā)光的鍺和硅等技術(shù)的話，就有可能實(shí)現(xiàn)硅基光子晶體。
另一方面，高速硅光子光傳輸可能需要DWDM。該技術(shù)早在15年前就已普遍用于長(zhǎng)距離通信用設(shè)備等，但用于硅光子則非常難。其中一個(gè)原因是，各個(gè)光元件發(fā)出的光的波長(zhǎng)以及通過波導(dǎo)的光的波長(zhǎng)因溫度變化存在巨大偏差。將長(zhǎng)距離通信設(shè)備使用的溫度控制功能用于硅光子技術(shù)的成本過高，不現(xiàn)實(shí)。
展開 . | Sagnac干涉在集成光子學(xué)中的應(yīng)用
圖1：典型光學(xué)干涉器的基本結(jié)構(gòu)
圖2：Sagnac干涉器的發(fā)明者法國(guó)物理學(xué)家Georges Sagnac (1869 ? 1928) 以及基于Sagnac干涉的光學(xué)器件的發(fā)展歷程
其次，論文將集成Sagnac干涉器作為集成光子器件中的基本結(jié)構(gòu)單元，和其他基本結(jié)構(gòu)單元如馬赫曾德干涉器，環(huán)形諧振器，以及光子晶體諧振腔，布拉格光柵進(jìn)行了特性對(duì)比(圖3-5)，并對(duì)集成Sagnac干涉器件的仿真建模方法進(jìn)行了具體介紹。
圖3：集成光子器件中的基本結(jié)構(gòu)單元 (a) 定向耦合器， 以及以其為基礎(chǔ)衍生的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元包括 (b) 馬赫曾德干涉器，(c) 環(huán)形諧振器，和 (d) Sagnac 干涉器
圖4：集成馬赫曾德干涉器，分插復(fù)用型環(huán)形諧振器，以及級(jí)聯(lián)Sagnac干涉器的幅頻響應(yīng)對(duì)比
圖5：集成一維光子晶體諧振腔，布拉格光柵，以及級(jí)聯(lián)Sagnac干涉器的幅頻響應(yīng)對(duì)比
然后，論文對(duì)Sagnac干涉器件在集成光子學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分類總結(jié)，包括集成反射鏡，光陀螺儀(圖6)，光濾波器(圖7)，頻域交織器，量子物理現(xiàn)象的光學(xué)類似(圖8)，以及其他應(yīng)用。其中光陀螺儀作為Sagnac干涉的典型應(yīng)用，又具體分為基于波導(dǎo)干涉的光陀螺儀，基于無源諧振腔的光陀螺儀，和基于布里淵環(huán)形激光器的光陀螺儀。
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