美科學(xué)家利用光子晶體讓光速變慢

美國的研究人員日前成功地使用兩種新式二維光子晶體(photonic crystal)，將光的群速度(group velocity)降低了一百多倍。這項裝置未來可望被應(yīng)用于各種光學(xué)系統(tǒng)及器件中，其中包括高功率、低閥值的光子晶體激光器。

光子晶體是一種微結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，因其介電常數(shù)呈周期性變化而具有光子能隙(photonic band gap)。波長落在此能隙中的光子無法通過系統(tǒng)，因而可藉由在光子晶體內(nèi)植入缺陷，形成能循特定路徑引導(dǎo)光傳遞的波導(dǎo)，也可制造能將光局限于非常小空間的微空腔?，F(xiàn)在史丹佛大學(xué)的Halice Altug及Jelena Vuckovic更證明光子晶體陣列能產(chǎn)生“慢速光”。

科學(xué)家以相速度(phase velocity)及群速度來描述波在色散介質(zhì)的傳遞。相速度是指單一波長移動的速度；然而光脈沖卻是由各種波長所組成，不同波長的分量以不同的速度傳遞，因此群速度被定義成脈沖本身的移動速度。對許多應(yīng)用而言，群速度低是有利的，因為它意味著光與物質(zhì)間的交互作用被加強(qiáng)了。Altug與Vuckovic在一塊100平方微米的硅板上制作了3600個微空腔（microcavities）的陣列，空腔直徑為400nm，晶格周期為500nm。實(shí)驗結(jié)果顯示激光脈沖在通過該陣列時，群速度將降低了超過一百倍。

這對研究搭擋目前正在測試此陣列在磷化銦物質(zhì)中所產(chǎn)生的激光。Vuckovic表示，通過大量微空腔的相耦合操作，再加上光與活性介質(zhì)交互作用增強(qiáng)的結(jié)果，其激光輸出功率已可媲美標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體激光器，但是所需的泵浦功率閥值更低而調(diào)制速度更快。這點(diǎn)有助于制造未來計算機(jī)中的光學(xué)互連(interconnect)，因為操作速度一旦高于20 GHz，現(xiàn)行的電子互連便不敷使用了。