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新加坡制造出超快光子晶体全光开关 |
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| http://cn.newmaker.com
1/2/2007 10:32:00 AM
佳工机电网
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新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University, NTU)的研究团队利用纳米级的光子晶体(photonic crystal)，首度制造出操作范围为近红外的全光开关(all-optical switch)，可望在通讯和消费性电子仪器中找到许多应用。
以往，光开关多半以微机电系统(MEMS)来制作，但是它们受限于机械组件移动的速度上限，相比之下，以光学方法操作的开关将可能具有皮秒(ps)级的高切换速率。NTU的Ai-Qun Liu等人最近成功地利用光子晶体独特的光吸收效应制作出有史以来第一个全旋光性开关，可望应用在未来的全球信息通讯科技产业上。
Liu等人首先在折射率为3.4的硅层上刻蚀出周期为100~200 nm的光子晶体正方晶格，每根圆柱高为13 μm、直径为100~230 nm，接着移除光子晶体中心两排垂直相交的圆柱，形成十字形的波导。理论预测这样的设计能使光沿着其中一条波导进入，然后通过泵浦激光器(pump laser)照射在空腔中心的硅柱，导引光由其它三条波导中的任意一条流出，亦即形成一个光开关。
稍早加拿大的科学家已经证明可以利用自由载子来控制光子晶体的特性。因此Liu等人将脉冲激光打在结构中心硅柱上，利用高能光子激发出自由的电子、空穴，进而改变局部的折射率和光的传输特性。研究人员通过精准控制脉冲激光的强度，就能控制光由哪一条波导流出，达到光开关的效果。
Liu指出，最大的挑战在于制作具有不同半径且高宽深比的光子晶体结构，通常这需要专业化的制造技术，也是目前光子晶体组件开发的主要障碍。NTU小组是利用深紫外光刻技术及反应式离子刻蚀(deep-reactive ion etching)术来制作上述组件。
全光调制器或高速开关最明显的应用是在通讯方面，其皮秒级的切换速率可望大幅推高目前受限于微电子组件的传输速度。NTU小组正尝试以纳米光子晶体线路设计新应用，并期待与业界合作发展这项技术的商业应用。
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