FEATURE I Micro Nano Optics 对微纳光子学发展的一些战略思考 Strategical Thinking on Development of Micro- and Nano-Photonics 李淳飞 (哈尔滨工业大学理学院物理系,黑龙江哈尔滨1501 Li Chunfei ( Department of Physics, School of Science, Harbin Institute of Technology, Harbin, heilongjiang 150001, China 摘要对比电子学和光子学的发展路线图,提出光子学及其2个发展阶段—微光子学和纳光子学的定义,并 介绍它们的主要研究内容。指出微光子技术主要是“以电控光”的技术,其关键器件是半导体激光器;纳光 子技术主要是“以光控光”的技术,其关键器件是全光开关。 关键词微米光子学;纳米光子学;半导体激光器;全光开关 Abstract The photonics has two developing phases: microphotonics and nanophotonics the definitions of them are point out, and their contents are introduced. The key devices for microphotonics are semiconductor lasers, which are controlling photons with electrons; the key devices for nanophotonics are all-optical switches, which are controlling photons with photons Key words microphotonics: nanophotonics; semiconductor lasers, all-optical switches 中图分类号TN201 1光子学的发展和内涵 过去的100年中,光子学的发展比电子学的发展 11电子学和光子学的发展路线图 慢得多,主要原因有两个:一是电子学的电源是相干 电子学与光子学的发展过程有很大的相似性,如图的,而光子学的相干光源(激光器)直至20世纪60年 1所示。电磁学和光学出生于同一个学科—物理学;代才发明两者相差200年,致使光子学的诞生比电 子学的诞生迟了半个世纪;二是电子学在1948年就 (宏观向纳米尺度(介观)的发展过程:即从微电子学到发明品体管,而光子学发展至今还没有“光晶体管”。 纳电子学和从微光子学到纳光子学的过程;21世纪以 后两者将并驾齐驱最终实现电子器件与光子器件的共进行数字化信息处理但不可能实现高带宽高并行 度的信息传输;光子学的传输带宽很大,但实现数字 集成,使人类进人纳米信息技术的新时代 化信息处理十分困难 存在这种差别的根本原因是电子和光子的特性 不同:电子带电,光子不带电。电子之间可以通过电场 相互关联,因此能够通过晶体管直接实现以弱电信号 电⊥教 子找术电子找 控制强电信号。而光子不带电,不可能直接实现“以光 控光”,只有通过非线性光学的方法,以强光改变介 的光学性质来实现对弱信号光的控制,因此很难实现 以弱光控制强光的“光晶体管”。 图1电子学和光子学发展的路线图比较 12光子学的定义和内涵 为区别建立在非相干光源基础上的传统光学,人 中国光学期刊网ww. opticsjournal. net15