光子晶体波导慢光技术(3)

介绍慢光的进展

Ｖ０１．４４，Ｎｏ．１０

光子晶体

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０ｃｔ．２００７

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图４ＩＢＭ科学家采用的马赫一曾德

图３近场相干测量法

尔结构光子晶体波导

窄ｃ告＝警…∞誓（１）

光子晶体波导中，ｎ表示波导模

散，群速优随着频率变化）将导致信号波前畸变。关于色散，光子晶体光纤也得到了较多的关注，但是它与光子晶体波导存在本质上的区别。这是由于其在传播方向上不存在周期性排布，在二维平面内没有光子禁带。光子晶体波导中，群速度主要取决于频率和群速度色散，用参量侥衡量，由色散关系的二阶导数决定。

如图５为典型的横电场偏振光在二维Ｗｌ型光子晶体波导的能带图，插图为平面波展开法中用到的超晶格，对应的空气孑Ｌ直径Ｄ＝０．６Ａ，Ａ为三角晶格光子晶

体的晶格常数㈣。在光子晶体中引入线缺陷，得到沿波导方向对应的归一化色散关系。如图所示，Ｗｌ型光子晶体波导在禁带频率

ｆ０．２０—０．２８Ａ从１内包含一个偶对

ｎ，那么他竺≮半。考虑Ａｎ是

△ｏ）／∞

的等效折射率。如果竹。远大于

一个定值，要获得大的竹，，则归一化宽度Ａｗ／ｗ要很窄。例如，如果Ａｎ：０．１，要使波长为１．５５Ｈｍ的光信号带宽达到４０ＧＨｚ，ｍ的最大值要达到４８５。那么慢光因子和可用带宽是相互排斥的。要想得到小的群速度就得不到大的带宽，要想获得大的带宽就必须要提高群速度。美国和意大利科学家在２００３年对这种排斥作用进行了详细的研究ｆ１８１，一维光子晶体实验中当群速度达到１１ｍ／ｓ时，带宽仅为１０ＭＨｚ，当群速度达到１０００ｍ／ｓ时，可获得１

ＧＨｚ

称模（实线）和一个奇对称模（虚线１。模式的奇偶性由波导的平面对称性决定。当ｋ：≥０．３时，偶对称禁带模变得平坦，最终在也＝０．５处获得０斜率，这是由布里渊区能带折叠引起的。图５为由方程（１）求得的偶对称模群速度％。当ｋｚ≤０．３时，群速度％一ｃ０／４，接近于传统的硅波导（竹。一０）。当ｋ：≥０．３时，群速度单调减小，在

左右的带宽。改变Ａｎ同样也可以改变ｎ。的大小。因此，现有的光子晶体波导的设计趋向于增大

Ａｎ。

４．２极大群速度色散的问题

１９９９年，荷兰科学家ＡｒｎｏｕｔＩｍｈｏｆ等在光子晶体带隙边缘观察到了大的色散效应㈣，他们把这种色散现象归结为晶格缺陷所致。强色散将引起信号失真。通常，二阶色散ｆ也称作群速度色

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图５典型光子晶体波导能带图

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