美科学家利用光子晶体让光速变慢

美国的研究人员日前成功地使用两种新式二维光子晶体(photonic crystal)，将光的群速度(group velocity)降低了一百多倍。这项装置未来可望被应用于各种光学系统及器件中，其中包括高功率、低阀值的光子晶体激光器。

光子晶体是一种微结构系统，因其介电常数呈周期性变化而具有光子能隙(photonic band gap)。波长落在此能隙中的光子无法通过系统，因而可藉由在光子晶体内植入缺陷，形成能循特定路径引导光传递的波导，也可制造能将光局限于非常小空间的微空腔。现在史丹佛大学的Halice Altug及Jelena Vuckovic更证明光子晶体阵列能产生“慢速光”。

科学家以相速度(phase velocity)及群速度来描述波在色散介质的传递。相速度是指单一波长移动的速度；然而光脉冲却是由各种波长所组成，不同波长的分量以不同的速度传递，因此群速度被定义成脉冲本身的移动速度。对许多应用而言，群速度低是有利的，因为它意味着光与物质间的交互作用被加强了。Altug与Vuckovic在一块100平方微米的硅板上制作了3600个微空腔（microcavities）的阵列，空腔直径为400nm，晶格周期为500nm。实验结果显示激光脉冲在通过该阵列时，群速度将降低了超过一百倍。

这对研究搭挡目前正在测试此阵列在磷化铟物质中所产生的激光。Vuckovic表示，通过大量微空腔的相耦合操作，再加上光与活性介质交互作用增强的结果，其激光输出功率已可媲美标准的半导体激光器，但是所需的泵浦功率阀值更低而调制速度更快。这点有助于制造未来计算机中的光学互连(interconnect)，因为操作速度一旦高于20 GHz，现行的电子互连便不敷使用了。