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微納光電子技術(shù)研究進(jìn)展

王冰張旭琳黃海漩程冠曉徐平*

微納光電技術(shù)研究所，電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，深圳大學(xué)，中國深圳，518060

摘要：微納光電子技術(shù)是當(dāng)今國際上熱點(diǎn)科學(xué)研究領(lǐng)域之一，在光電子器件日趨集成化和精密化的發(fā)展中擔(dān)當(dāng)非常重要的角色。它所研究的是在微納尺度下光電子的運(yùn)動(dòng)傳輸特性、光電子與物質(zhì)的相互作用規(guī)律、相關(guān)的操控及其應(yīng)用技術(shù)等。許多經(jīng)典理論在微納尺度下已不再適用，取而代之的近年來發(fā)展的微納光學(xué)、微納電子學(xué)理論。其理論涉及微納尺度電子、光子與物質(zhì)相互作用的各種物理規(guī)律和現(xiàn)象，如量子限域理論、量子隧道效應(yīng)及界面效應(yīng)等。其內(nèi)容交叉性強(qiáng),涵蓋了電子學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)以及材料科學(xué)與制造技術(shù)等，是一門綜合性的前沿技術(shù)。本文首先介紹了目前主流的幾類微納光電材料及響應(yīng)器件，繼而聚焦于了本實(shí)驗(yàn)在該領(lǐng)域的所開展的特色工作及近年來取得的主要進(jìn)展。

關(guān)鍵詞： 二元光學(xué)；PS變換；微光學(xué)導(dǎo)光板；微光學(xué)平面集成相關(guān)器；低維半導(dǎo)體納米材料。

引言

目前，人類社會(huì)正在進(jìn)入一個(gè)全新的信息化和網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代。信息化社會(huì)的急速到來，既給作為信息科學(xué)技術(shù)支撐的微納光電子技術(shù)的發(fā)展帶來了新機(jī)遇，同時(shí)又對它們今后的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。微納光電子技術(shù)是當(dāng)今國際上熱點(diǎn)科學(xué)研究領(lǐng)域之一，在光電子器件日趨集成化和精密化的發(fā)展中擔(dān)當(dāng)非常重要的角色。它所研究的是在微納尺度下光電子的運(yùn)動(dòng)傳輸特性、光電子與物質(zhì)的相互作用規(guī)律、相關(guān)的操控及其應(yīng)用技術(shù)等。本技術(shù)旨在基于現(xiàn)代微納光學(xué)和電子學(xué)原理，挑戰(zhàn)相關(guān)的、具有重要社會(huì)或經(jīng)濟(jì)價(jià)值的技術(shù)問題，包括微納光電子材料技術(shù)以及微納光電子器件的制造和診斷技術(shù)等。

1.幾類主流的微納光電材料及器件

1.1 微光學(xué)器件

微光學(xué)元件具有微型化、輕型化、可復(fù)制、價(jià)格低、可設(shè)計(jì)產(chǎn)生任意形狀的波前，可把多種功能集中于一個(gè)器件上等其它器件不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 微納發(fā)光材料和器件

微納發(fā)光材料主要采用微納顆粒作為發(fā)光基質(zhì)，包括純的及摻雜的微納半導(dǎo)體發(fā)光材料，稀土離子及過度金屬離子摻雜的納米氧化物、硫化物、復(fù)合氧化物、及各種微納無機(jī)鹽發(fā)光材料等。微納發(fā)光材料主要用于各種微納發(fā)光器件如微納發(fā)光二極管或微納激光器的設(shè)計(jì)及制備，它可以實(shí)現(xiàn)宏觀塊體材料所不具備的發(fā)光性質(zhì)。

1.3 微納光波導(dǎo)材料及器件

微納光纖是微納光波導(dǎo)材料的典型代表。按照材料劃分，微納光纖可分為玻璃光纖（包括石英系玻璃光纖光纖、鹵化物玻璃光纖及硫系玻璃光纖）、塑料光纖、晶體光纖等。
微納光纖器件包括光纖無源器件（分為光纖連接器、光纖耦合器、光隔離器、光波分復(fù)用器和解復(fù)用器、光開關(guān)、光衰減器、光纖光柵、光纖濾波器等）、光纖激光器、光纖放大器等。

1.4 微納非線性光學(xué)材料及器件

能夠使光波傳播時(shí)產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)的微納材料稱為微納非線性光學(xué)材料，應(yīng)用最廣泛的為各類晶體材料，如微納尺度的KDP晶體、KTP晶體、liNbO3晶體、BBO晶體、LBO晶體等。這類微納非線性光學(xué)材料主要用于構(gòu)筑光參量振蕩器等器件。

1.5 微納光探測材料及器件

微納光探測器件用于實(shí)現(xiàn)光信號的轉(zhuǎn)換和檢測，是光電信息系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)，主要包括光敏電阻、光電二極管、光電池等器件。光敏電阻的主要材料包括微納尺度的金屬硫化物、硒化物和碲化物等。光電二極管的主要材料包括微納尺度的硒、硅、鍺等。光電池的材料主要包括微納尺度的單晶硅、非晶硅、化合物、多晶硅等。

1.6 微納光電轉(zhuǎn)換材料及器件

微納光電轉(zhuǎn)換材料主要包括各種微納尺度的金屬硫化物、硒化物、碲化物、金屬氧化物、一維及二維碳組材料、Ⅲ-Ⅴ族化合物、硅基材料等。主要用于太陽能電池的制備，并致力于提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)對綠色能源太陽能的高效利用。

1.7 光子晶體及器件

光子晶體是一種折射率在空間中呈周期性分布的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，通常有兩種及兩種以上具有不同折射率的材料構(gòu)成。光子晶體器件包括光子晶體光纖、光子晶體發(fā)光二極管、光子晶體激光器等。

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