光波導(dǎo)的最新進展
在年初召開的美國科學(xué)進步協(xié)會（American Association for the Advancement of Science,AAAS）年會上,Cornell大學(xué)電子和計算機工程學(xué)院納米光電子研究小組助理教授Michal Lipson報告了他們最近的研究結(jié)果。她的報告是領(lǐng)導(dǎo)的“21世紀光電子”座談會的部分內(nèi)容。
Lipson研究小組制作的波導(dǎo)兩側(cè)采用了互相平行的高折射率材料,其間距約為50-200nm,中間縫隙則填充了另外一種折射率低很多的材料。他們制作的器件有的采用硅作為兩側(cè)側(cè)墻,中間為空氣;有的則分別采用二氧化硅和硅作為側(cè)墻和中間填充材料。在這兩種器件中,側(cè)墻的折射率都比縫隙填充介質(zhì)的折射率高很多,折射率比最高可達4:1左右。
當波陣面通過折射率差異懸殊且低折射率材料空間很狹窄、與波長相當?shù)膬煞N材料時,幾乎所有的光都將被限制在“狹縫波導(dǎo)”中。理論計算與實驗證明直線型狹縫不會損失任何光,平滑彎曲狹縫損失的光也很少。
我們可以將狹縫波導(dǎo)做成納米光電子研究人員所熟知的環(huán)形共鳴器。當圓形波導(dǎo)和直線型波導(dǎo)非常接近時,根據(jù)波長不同,有些波長的光就會從直線型波導(dǎo)跳躍到圓形波導(dǎo)上。Lipson說：“通過這種方法,我們就可以對需要傳播的波長進行選擇了。”在光纖通訊中,傳播的信號通常是多元化的。同一條光纖中有多種波長的光在傳播,每種波長的光所攜帶的信號各不相同。因此,環(huán)形共鳴器可以作為過濾器,對這些多元信號進行分離。
就象傳統(tǒng)電子芯片中的晶體管開關(guān)一樣,光開關(guān)是光電計算機的基本元器件。Lipson研究小組還對光開關(guān)進行了研究。他們制作的光開關(guān)中,光要直線通過一個腔體,腔體兩端各有一個反射鏡。反射鏡可以使光在通過之前來回多次反射,而腔體折射率則可以通過施加電場進行調(diào)整。由于光經(jīng)過多次反復(fù)反射,因此可以在波導(dǎo)中停留足夠長的時間使器件感受到折射率微小變化帶來的影響。Lipson正在研究其它一些器件,這些器件中其它光也可以直接引起同樣的效應(yīng)。
Lipson研究小組制作的波導(dǎo)小到幾乎只有一個點。當光通過該點時,她們采用棱鏡對波形進行改變,使其散布開來,達到與尺寸更大的光纖互相匹配的目的。反過來,棱鏡也可以收集來自光纖的光,使其聚焦在波導(dǎo)上。根據(jù)Cornell的實驗結(jié)果,該器件可以將200nm的波導(dǎo)與5um的光纖成功地連接起來,傳播效率高達95%。該器件也可以用于不同大小波導(dǎo)之間的連接。
