综述：微光子波导中传播损耗的数值与实验估计方法

这篇综述全面探讨了微光子波导传播损耗的估计方法，重点对比了数值模拟（如体积电流法VCM、有限差分时域FDTD）与实验技术（如截断法cut-back、干涉测量法）的优劣。文章强调高折射率对比平台（如SOI、SiN）中侧壁粗糙度散射的主导作用，提出了结合数值建模与实验验证的协同优化策略，为光子集成电路（PIC）设计提供关键指导。

　　

微光子波导的损耗之谜：从纳米粗糙度到系统级优化

在光子集成电路(PIC)飞速发展的今天，传播损耗成为制约性能的关键瓶颈。这篇综述犹如一部精密的光子侦探手册，系统揭示了波导中能量损失的来源与破解之道。

数值方法：看见不可见的损耗机制

现代数值工具如同高倍电子显微镜，能解析纳米级侧壁粗糙度引发的散射。体积电流法(VCM)将粗糙界面等效为辐射偶极子，而有限差分时域(FDTD)则直接模拟电磁场与三维粗糙结构的相互作用。特别有趣的是，当侧壁粗糙度的相关长度接近波导模式的有效波长时，会出现谐振增强的散射现象——这解释了为何某些工艺缺陷会引发不成比例的高损耗。

实验技术：从宏观测量反推微观缺陷

截断法如同用不同长度的"光尺"丈量损耗，而法布里-珀罗干涉仪则利用波导端面形成的微型激光腔，通过共振峰宽度推算损耗。最精妙的当属光学频域反射计(OFDR)，它能像雷达扫描般定位6米长螺旋波导中每处的微小缺陷，精度达惊人的0.01 dB/m。

材料平台的损耗对决

在硅基(SOI)平台上，220nm厚的波导在1550nm波段呈现明显偏振依赖性：TM模式因电场平行于侧壁，损耗比TE模式低30%。而氮化硅(SiN)平台在850nm可见光波段则面临双重挑战：既要控制侧壁粗糙度（RMS≈1.1nm），又要克服材料本身0.001量级的消光系数带来的本征吸收。

协同优化的未来之路

前沿研究揭示，通过调节波导几何形状可形成"电磁避难所"——当宽度/高度比≈1.5时，电场在侧壁处的强度最小。更巧妙的是，采用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与微环谐振器的混合结构，能同时表征弯曲损耗与传播损耗，这种"All-in-one"测试方案已在CMOS代工平台验证。

从量子密钥分发到生物传感，低损耗波导正打开诸多应用大门。正如研究者所言："理解损耗，就是掌握光子集成电路的命脉。"这场始于纳米粗糙度的探索，终将照亮集成光子的未来图景。