光子晶体波导慢光技术(2)

介绍慢光的进展

Ｖ０１．４４．Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２００７

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图ｌ二维光子晶体波导的能带图

导硅芯片控制光速传播的影响最大ｆ１引。

变为０。从群速度公式可以看到，在这种情况下群速度％＝０。这种现象的产生是由于光在光子晶体中传播时不断向前向后发生布拉格反射造成的。在布拉格光栅和多层堆栈结构里也观察到了类似的现象。图２显示了光子晶体波导的透射谱曲线【ｉ４Ｊ。在这个透射谱中由于法布里一珀罗ｆＦ—ｎ谐振而引起振荡，透射谱的峰一峰值间隔△旯朝着带边越来越小。如果取波导长度为Ｌ，那么群折射率ｎ。可以由２Ｖ（２Ｌ５２）给定。根据这个方程可以估算出ｎ。，图２中在带边附近将超过１００。然而当ｎ。变得非常大的时候，透过率也将变得很低，因此慢光很难被观察到。

图２由法布里一泊罗振荡产生的透射谱

２光子晶体波导慢光的产生

如果介质的折射率为ｎ，则光在介质中的传输速度为ｃ／ｎ，因此ｎ表示光速的减慢程度。假设这里是单频连续波，对光脉冲信号，用群折射率来代替ｎ，则群速度的表达式可以写为％＝ｃ／ｎｇ，％由（ｄｋ／ｄｔｏ）一给出，其中光波的角频率为∞，ｋ为波数。在真空中，Ｙｇ＝Ｃ，因为忌：ｔｏ／ｃ，在反常色散材料中％变得非常大。图ｌ为光子晶体波导光子带结构，水平轴为主传播方向，纵轴方向为归一化频率ｔｏａ／ｒ２兀ｃ１＝ａ肛。这里，ａ是晶格常数，而Ａ是真空中对应角频率ｔＯ的波长。实线代表波导模，它表示光在禁带和泄漏线之间传播，泄漏线以上的区域为泄漏区，进入这个区域的光将在垂直方向泄露ｆ如果在光子晶体波导表面为空气，则有ｏＪ／ｃ：尼１。如果光子晶体平板是

２００～３００４００～５００

法进行测量。为了解决这些问题，可以让亚波长探测光进入样品表面的消逝场。利用近场扫描的方法探测光强，通过引入频率可调相关信号，即可获得局域场的振幅和相位信息，如图３所示Ｈ６Ｉ。然而，这种方法由于受到群速色散的影响，对群速无法做到精确测量。ＹｕｒｉｉＡ．Ｖｌａｓｏｖ利用相敏光学技术对透射谱干涉环进行观察［１３，¨】，设计并制造了一种马赫一曾德尔结构的光子晶体波导，如图４所示。利用聚合物光纤耦合器将光信号导人光子晶体带状波导，通过对信号臂加电场使得群

３测量波导中慢光的主要手段

在实验上观察光子晶体平板波导色散现象仍然十分困难【１５Ｉ。早期，群速度和色散的相关报道都采用间接测量方式［ＩＩＪ，并通常采用相干结构测量。由于受衍射极限的限制，传统的显微镜无法对波导内的光脉冲进行直接观察。并且由于光子晶体中的波导模是消逝波，因此不能用远场方

折射率在２０～１００之间可调，进而

获得可控光速，这种结构可以对群折射率接近１００的光脉冲进行精确测量。

４光子晶体慢光波导存在的问题

４．１群速和带宽互斥的问题

根据群速度公式，群折射率

可以由式（１）得到：

ｎｌｔｌ厚，晶格常数ａ是ｎｎｌ，那么光的传播波长

可以在１．５５ｇｍ附近。

要注意波导带的梯度在带边Ⅵ兀Ｖｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ