新型光波导的建模和仿真

方云团

（江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏镇江212013）

当前电子信息技术遭遇技术瓶颈，摩尔定律失效。信息技术处于质变的前夜，量子通信、拓扑绝缘体、全光通信纷纷走上历史的舞台。在所有全新的信息技术中，全光通信是距离我们最近的也是发展最快的技术领域。21 世纪是光子信息时代，全光通信是未来通信的发展方向。光子取代电子具有极大的优越性，光子开关的速度极限比电子开关速度极限高出4 个数量级以上，光子信息可以作为高密通道交互传输及并行处理。在未来通信和信息处理系统中，利用光子传输信息可以完全克服电子传输信息的技术瓶颈，在传输速度、带宽、大容量方面取得质的突破，完全能够满足当前和未来对通信速度和容量的要求。在全光通信系统中，光集成回路的设计无疑是重中之重。用光子取代电子面临技术的挑战主要是如何把光约束到小于波长尺寸范围内传播，因为光特有的衍射效应容易在传播过程中发散。目前已经发展了多种技术来控制光在微纳米结构中传播，其中包括光子晶体和金属表面等离激元。光子晶体类比于电子半导体，是一种折射率周期分布的人工介质结构，是构建光集成回路的一种基本的框架。对其传输特性的研究一直是过去、现在和未来的研究热点。

杨宏伟教授等利用时域有限差分法研究了光子晶体多种波导结构的传输特性，光子晶体能有效控制光子在其结构中传播，这为光子晶体器件的设计研究提供了理论依据。

陈俊学博士等研究了金属表面等离激元与波导模式的耦合效应，通过在电介质覆盖金属波导的顶层，引入一维亚波长凹槽结构来研究SPP 和波导模式间的相互作用，相对于在金属膜上制作凹槽结构（只存在SPP 模式），在电介质覆盖金属波导上由于共存有两个电磁模式，结合这两种传输模式的特点，可以实现特殊的传输方式，这将为发展二维光子学器件，如光子芯片、耦合器和方向性激发SPP 和波导模式提供有效的方案。

陈明阳教授等的研究涉及太阳能聚光效率的研究，提出以光纤为传输介质的太阳光光纤传导系统的聚光方案，将太阳光经菲涅耳透镜-锥棒两级汇聚以实现高效聚光。该研究对相关太阳能器件的设计提供了有益的参考。

本栏目中，这3 个工作分别代表了各自方向上的研究前沿，有一定的理论定义，为未来光子器件的设计与制造打下了一定的基础，因而也有很强的应用前景，值得推荐。