電子和微電子技術(shù)正在走向物理上和技術(shù)上的極限，以光子代替電子作為信息的載體是長期以來人們的一個共識，近年來，我國科學工作者在光子晶體材料的基礎研究方面取得了一些令人矚目的研究成果。我國可以將發(fā)展新一代集成電路技術(shù)與光子晶體技術(shù)統(tǒng)籌規(guī)劃，實現(xiàn)微電子技術(shù)向光子技術(shù)的順利過渡。

　　光子技術(shù)帶來信息革命

　　信息技術(shù)是信息化社會的主要技術(shù)支撐。目前信息技術(shù)的核心是建立在半導體材料基礎之上的微電子技術(shù)。由于強烈的需求，微電子技術(shù)以驚人的速度發(fā)展。根據(jù)“摩爾定律”，半導體元件的集成度以每18個月翻一番的速度發(fā)展，電子和微電子技術(shù)正在走向物理上和技術(shù)上的極限(如速度極限、密度極限)，這些不可逾越的技術(shù)極限對信息技術(shù)的進一步發(fā)展提出了重大挑戰(zhàn)。

　　光子晶體隨著波長不同，會出現(xiàn)于周期性的結(jié)構(gòu)，可以分別發(fā)展出一次元、二次元及三次元的光子晶體。而在這些結(jié)構(gòu)當中，最出名的應該是屬于三次元的光子晶體結(jié)構(gòu)，但是，三次元的光子晶體在制造上及商品化，就今天的技術(shù)而言是非常困難的。原因是目前主要研究的領(lǐng)域還是保留在二次元的光子晶體，所以，今天在LED 領(lǐng)域各業(yè)者相競開發(fā)的光子晶體LED，也是二次元的光子晶體。

　　一般的材料構(gòu)造是屬于固定構(gòu)造，所以材料本身會具有的一定的折射率。波數(shù)(Wave Number)與頻率對于一般材料折射率的影響，橫軸是物質(zhì)的波數(shù)(Wave Number)、縱軸是頻率、斜線就代表折射率。折射率是非常等比例的成長，也就是代表說不管什么樣的波數(shù)、什么樣的波長，它的折射率都是一定的。那么光子晶體是什么樣的結(jié)構(gòu)，再從另外一個角度來說明。光子晶體的特性就是周期構(gòu)造，也因此會產(chǎn)生多重反射。

　　光子晶體所構(gòu)成的波數(shù)矢量數(shù)和光的頻率比例，頻率的曲線不是那么單純，曲線已經(jīng)會變得非常復雜，這個曲線會隨著光的多方向性，就是異向性而出現(xiàn)變化，而隨著它的偏光性，就可以運用來設計出不同的產(chǎn)品。光子晶體它有一個很出名的特性，相信大家都知道，就是它有一個光能隙。在光能隙這個區(qū)域里面，光線是不存在的。這邊的曲線也跟圖一A 是的斜率意義是一樣的，是折射率的相反。只要在這一點，斜率等于零。所以在這一點以外，光的速度就不會產(chǎn)生零這個現(xiàn)象。所以也可以說，光子晶體也可以控制光的速度。

　　就簡單來說，運用光子晶體的目的濃縮成一句話，就是要利用周期構(gòu)造，以人工的方式來控制這個光學特性。

　　光子晶體(又稱光子禁帶材料)的出現(xiàn)，使人們操縱和控制光子的夢想成為可能。從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設計和制造的晶體。與半導體晶格對電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應波長的電磁波———當電磁波在光子帶隙材料中傳播時，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，不能進入該晶體。光子晶體和半導體在基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設計和制造光子晶體及其器件，達到控制光子運動的目的。

　　迄今為止，已有多種基于光子晶體的全新光子學器件被相繼提出，包括無閾值的激光器，無損耗的反射鏡和彎曲光路，高品質(zhì)因子的光學微腔，低驅(qū)動能量的非線性開關(guān)和放大器，波長分辨率極高而體積極小的超棱鏡，具有色散補償作用的光子晶體光纖，以及提高效率的發(fā)光二極管等。光子晶體的出現(xiàn)使信息處理技術(shù)的“全光子化”和光子技術(shù)的微型化與集成化成為可能，它可能在未來導致信息技術(shù)的一次革命，其影響可能與當年半導體技術(shù)相提并論。

　　近年來，我國政府和科技界對光子晶體的研究也給予了相當?shù)闹匾暎庾泳w研究先后得到了國家“973計劃”和“863計劃”的支持，我國科學工作者在光子晶體材料的基礎研究方面取得了一些令人矚目的研究成果，如復旦大學資劍教授課題組首次發(fā)現(xiàn)的孔雀羽毛中的光子帶隙結(jié)構(gòu)，中國科學院物理研究所張道中教授提出的準晶結(jié)構(gòu)光子晶體，以及我們首次提出的基于鐵電陶瓷相變和電光效應的可調(diào)帶隙光子晶體等均在國際同行中產(chǎn)生了一定的影響。然而，作為一類有重大應用背景的材料，僅僅停留在學術(shù)研究方面是遠遠不夠的。吸取我國半導體工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗與教訓，我們應該盡早將支持重點轉(zhuǎn)向相關(guān)材料與器件的應用開發(fā)上。由于光子晶體的制備需要實現(xiàn)納米-亞微米尺度的有序結(jié)構(gòu)，其設備價格非常昂貴，因此相關(guān)的加工技術(shù)將成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的瓶頸。

　　目前，國外一些大企業(yè)正在試圖將已有的半導體集成電路工藝用于光子晶體材料和器件的制造。目前我國大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)正處于迅速增長階段，從技術(shù)戰(zhàn)略上考慮，可以將發(fā)展新一代集成電路技術(shù)與光子晶體技術(shù)統(tǒng)籌規(guī)劃，在集成電路制程基礎上發(fā)展光子晶體制程，不僅可以節(jié)約大量的資金投入，還可能實現(xiàn)兩大類信息技術(shù)的合理銜接，實現(xiàn)微電子技術(shù)向光子技術(shù)的順利過渡。

　　光子晶體的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮模瑸g覽CLEO/QELS的會議文章題目可以看出其廣泛的應用范圍。美國斯坦福大學的JelanaVukovic研究小組將膠質(zhì)量子點薄膜耦合進硅光子晶體腔中，正在研究激光器的應用。還有的文章報道了光子晶體開關(guān)、傳感器和其他設備的研究進展；日本NTT基礎研究實驗室描述了超高Q-光子晶體腔的亞60ps脈沖的Q-開關(guān)，他們稱這些發(fā)展會生成一個復雜的光子記憶或以單光子運行的波長轉(zhuǎn)換器。

　　光子晶體的發(fā)展前景廣闊，但也存在著艱巨的挑戰(zhàn)。例如制造復雜光子晶體的設備仍然是一個難題，使光子晶體輸出光也是一項技術(shù)挑戰(zhàn)。但是，隨著人們的深入研究，相信光子晶體會構(gòu)造出更大的應用空間。