1、硅光子线波导：原理与应用探索

硅光子线波导：原理与应用探索

在当今科技飞速发展的时代，光电子学和光子学在日常生活的诸多领域正发挥着至关重要的作用，涵盖信息通信技术、环境与绿色技术、机械和化学传感、消费电子以及生物医学等。目前，通信系统中光学组件的应用主要局限于用光缆直接替代电缆。随着链路比特率的不断提高，光缆正逐渐在越来越短的互连长度上取代电缆。

传统光电子技术的困境

现阶段，大多数光电子器件以离散组件的形式制造。这种基于串行（如逐步）制造和封装的方式，使光电子技术与微电子技术截然不同。在微电子领域，并行制造的主导地位实现了超大规模集成，单个器件的价格低至$10^{-8}$美元以下。而离散组装降低了光电子系统的可靠性，也降低了制造良率。此外，材料问题也带来了额外的复杂性：微电子的主要材料是元素硅，而传统光电子的半导体材料是III - V族合金，其技术要求更为复杂。最后，与电子器件相比，光波导和基于波导的器件体积庞大，因此集成电路中电子器件的密度比集成光电子系统中的密度高出许多个数量级。

硅光子学的崛起

硅光子学作为一种新兴技术应运而生，它使用硅或与硅兼容的材料制造光子器件，并基于现有的微电子基础设施进行制造，有望应对上述所有挑战。硅光子学正以惊人的速度蓬勃发展，每天都有许多突破出现。速度、集成密度、有源组件、逻辑、非线性光学等领域的前沿都不断被硅光子学所突破。在新千年的第二个十年伊始，一些由硅光子学支持的器件已经投放市场，并且新的器件也在不断涌现。

硅光子线波导的优势与挑战

硅光子线波导凭借其超小的几何结构以及与硅电子学的兼容性，为电子 - 光子融合提供了高度集成的平台。然而，为了实际实现这一平台，我们必须寻找降低传播损耗和与外部光纤耦合损耗