光波导的最新进展
在年初召开的美国科学进步协会（American Association for the Advancement of Science,AAAS）年会上,Cornell大学电子和计算机工程学院纳米光电子研究小组助理教授Michal Lipson报告了他们最近的研究结果。她的报告是领导的“21世纪光电子”座谈会的部分内容。
Lipson研究小组制作的波导两侧采用了互相平行的高折射率材料,其间距约为50-200nm,中间缝隙则填充了另外一种折射率低很多的材料。他们制作的器件有的采用硅作为两侧侧墙,中间为空气;有的则分别采用二氧化硅和硅作为侧墙和中间填充材料。在这两种器件中,侧墙的折射率都比缝隙填充介质的折射率高很多,折射率比最高可达4:1左右。
当波阵面通过折射率差异悬殊且低折射率材料空间很狭窄、与波长相当的两种材料时,几乎所有的光都将被限制在“狭缝波导”中。理论计算与实验证明直线型狭缝不会损失任何光,平滑弯曲狭缝损失的光也很少。
我们可以将狭缝波导做成纳米光电子研究人员所熟知的环形共鸣器。当圆形波导和直线型波导非常接近时,根据波长不同,有些波长的光就会从直线型波导跳跃到圆形波导上。Lipson说：“通过这种方法,我们就可以对需要传播的波长进行选择了。”在光纤通讯中,传播的信号通常是多元化的。同一条光纤中有多种波长的光在传播,每种波长的光所携带的信号各不相同。因此,环形共鸣器可以作为过滤器,对这些多元信号进行分离。
就象传统电子芯片中的晶体管开关一样,光开关是光电计算机的基本元器件。Lipson研究小组还对光开关进行了研究。他们制作的光开关中,光要直线通过一个腔体,腔体两端各有一个反射镜。反射镜可以使光在通过之前来回多次反射,而腔体折射率则可以通过施加电场进行调整。由于光经过多次反复反射,因此可以在波导中停留足够长的时间使器件感受到折射率微小变化带来的影响。Lipson正在研究其它一些器件,这些器件中其它光也可以直接引起同样的效应。
Lipson研究小组制作的波导小到几乎只有一个点。当光通过该点时,她们采用棱镜对波形进行改变,使其散布开来,达到与尺寸更大的光纤互相匹配的目的。反过来,棱镜也可以收集来自光纤的光,使其聚焦在波导上。根据Cornell的实验结果,该器件可以将200nm的波导与5um的光纤成功地连接起来,传播效率高达95%。该器件也可以用于不同大小波导之间的连接。
