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超快光子晶體全光開關登場
時間:2021-05-26 瀏覽:614
??? 以往,光開關多半以微機電系統(MEMS)來制作,但是它們受限于機械組件移動的速度上限,相比之下,以光學方法操作的開關將可能具有皮秒(ps)級的高切換速率。NTU的Ai-QunLiu等人最近成功地利用光子晶體獨特的光吸收效應制作出有史以來第一個全旋光性開關,可望應用在未來的全球信息通訊科技產業上。
??? Liu等人首先在折射率為3.4的硅層上刻蝕出周期為100~200nm的光子晶體正方晶格,每根圓柱高為13μm、直徑為100~230nm,接著移除光子晶體中心兩排垂直相交的圓柱,形成十字形的波導。理論預測這樣的設計能使光沿著其中一條波導進入,然后通過泵浦激光器(pumplaser)照射在空腔中心的硅柱,導引光由其它三條波導中的任意一條流出,亦即形成一個光開關。
??? 稍早加拿大的科學家已經證明可以利用自由載子來控制光子晶體的特性。因此Liu等人將脈沖激光打在結構中心硅柱上,利用高能光子激發出自由的電子、空穴,進而改變局部的折射率和光的傳輸特性。研究人員通過精準控制脈沖激光的強度,就能控制光由哪一條波導流出,達到光開關的效果。
??? Liu指出,最大的挑戰在于制作具有不同半徑且高寬深比的光子晶體結構,通常這需要專業化的制造技術,也是目前光子晶體組件開發的主要障礙。NTU小組是利用深紫外光刻技術及反應式離子刻蝕(deep-reactiveionetching)術來制作上述組件。
??? 全光調制器或高速開關最明顯的應用是在通訊方面,其皮秒級的切換速率可望大幅推高目前受限于微電子組件的傳輸速度。NTU小組正嘗試以納米光子晶體線路設計新應用,并期待與業界合作發展這項技術的商業應用