納米光子學(nanophotincs)是目前發展最為迅速的現代光學分支之一,所涉及的器件特征尺寸與波長在同一個量級。其發展動力不僅僅來自于人們對微納尺度上或亞波長尺度上對光性質變化的濃厚研究興趣,同時還來自于市場的巨大需求和工業界的強力投入。例如,由于數碼相機和手機等產品的普及,圖像傳感成像器件有巨大的市場需求,像STMicroelectronics公司、松下等國際領先企業均有大量投入研究互補金屬氧化物半導體(complementarymetaloxidesemiconductor,CMOS)器件;而像飛利浦、豐田等對發光二極管(LED)和有機發光二極管(OLED)的研究成果也已經應用到其相應的產品當中。就研究的廣泛性而言,學術界一直在致力于探索和研究微納米光子學的各個領域的可能的應用。微納米光子學有望設計出超級光子器件并突破現有的一些技術極限,其實際應用包括半導體制造、光通信、傳感成像、傳感測量、顯示、固體照明、生物醫學、安全(security)、數據存儲、太陽能、光互聯等等。例如,全新的光子集成線路(photonicintegratedcircuits,PICs)不僅體積微小,速度更快,容量更大,而且所消耗的電能更少。
納米光學不僅涉及多學科理論,例如光學、物理學、化學、半導體科學、電子學、材料科學和數學等,同時還需要昂貴的制造設備和測量儀器等實驗/檢測手段的大量投入。我國在納米光學方面起步基本與國際同步,并且最近幾年的經費投入增長幅度也非常大,先后成立了一些國家級、省部級、市級等重點實驗室以及區域研究中心等,研究隊伍不斷壯大,研究面不斷拓寬,有些研究達到領先水平,已經取得了一些令人矚目的成果。依作者之見,要加快我國納米光子學的應用研究和市場開發,減少一些不必要的重復性研究,應注意以下幾個方面:(1)加強不同高等學校、研究院所之間以及不同地區、不同部門之間的合作,例如美國有“國家納米技術基礎研究網絡(NNIN)”組織等,其會員單位可以無償地使用計算資源,并有一些項目合作。雖然目前國內已經有類似的組織,但在資源和信息共享方面有待深入;(2)建立區域性的納米加工中心,供周圍研究者免費使用或代為制造,例如加拿大有“國家研究院的光子學制造中心”,幾個不同區域的納米加工中心則每年舉辦為期不等(一周到一年)的設計、制造和測量研討班;(3)共享測試設備,與其他研究相比,納米光學原型試制加工和測量儀器設備昂貴,不同單位之間的設備共享可以使資源充分利用;(4)充分利用國際領先的優秀設計軟件,加快設計進度和虛擬原型制造。由于試制和測試費用高、周期長,仿真計算是必不可少的重要一環,因此設計工具就是生產力。目前最普遍使用的時域有限差分(FDTD)方法直接求解矢量麥克斯韋方程,與其他方法相比,它具有寬光譜、適用性強、并行計算以及占用計算機資源相對較少等優點。
(審核編輯: 小王子)
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