通訊用三維光子晶體組件不再遙遠

 為了配合通訊上的應用，日本京都(Kyoto)大學的科學家制造出操作波長為1.55微米的三維光子晶體。該人造晶體主要是以砷化鎵(gallium arsenide)為材料，中央為一層磷砷化銦鎵發(fā)光層。這項成果是整合半導體光電特性上的一項突破，將有助于發(fā)展高品質(zhì)的光通訊組件。

　　光子晶體具類似半導體晶體的周期性結構，不過其周期要大上許多倍，因此是靠周期性介電分布來散射波長相近的電磁波，形成類似半導體電子能帶的光子能帶結構。由于波長位于能隙的電磁波無法在光子晶體內(nèi)傳遞，因此可以用來導光或改變發(fā)光體的自發(fā)輻射。

　　這個由Susumu Noda領導的研究小組，目標是要發(fā)展出類似電子半導體的全光子半導體(full photonic semiconductor)。該計劃已經(jīng)達成兩項成果：具備在光子晶體內(nèi)任意位置制造缺陷的能力(類似半導體摻雜)，以及將發(fā)光組件并入光子晶體結構中。研究人員在三維光子晶體制造的缺陷范圍由3.77×3.60至0.44×0.60微米，波長1.55微米的光由于對應到周遭光子晶體的能隙，因此無法傳遞，只能被局限在缺陷附近，因此可以達成高Q質(zhì)的發(fā)光。較大的缺陷得到的發(fā)光頻譜包含許多光學模態(tài)，而最小的缺陷對應的頻寬只含有一個模態(tài)，其行為近乎完美的發(fā)光體。研究小組表示，理論仿真的結果與實驗數(shù)據(jù)相當穩(wěn)合。

　　許多光子晶體方面的研究都是針對二維系統(tǒng)，主要是因為以先進的微影術制造起來較容易，然而代價是得犧牲部份光學品質(zhì)。在二維光子晶體中，隨著缺陷尺寸減小，Q 質(zhì)有降低的趨勢，而在Noda的三維系統(tǒng)中，情形正好相反。

摘自 光纖新聞網(wǎng)