[发明专利]一种光子晶体减慢光速效应的测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体减慢光速效应的测量方法及测量装置。

背景技术

减慢光速不仅一直是人类长久以来的梦想，而且具有很广泛和巨大的应用前景。例如在光通信领域中，减慢光速可以应用于全光存储、全光开关、微型光滤波器以及集成激光光源等等。此外，在非线性光学领域中，可以利用光速的减慢以及形成的无色散脉冲使得光与物质的作用大大增强，有效的提高非线性效应。可以说，人们实现了光的传播速度的控制，在完全控制光子的研究中又有了一次飞跃。早在1999年，Harvard大学的科学家就成功的将光速降低到仅有17米/秒。他们的实验利用了波色-爱因斯坦凝聚原理，将钠原子放在真空的容器中并降低温度到绝对零度附近，形成所谓“光学糖浆”(Optical molasses)，从而使入射的激光减慢速度。2001年，他们更是可以让光脉冲静止不动，直到脉冲被人为释放为止。但是上述减慢光速的技术要求极高的真空和极低的温度(-273.15C°)，这需要非常复杂而昂贵的大型设备，限制了该项技术的应用。

光子晶体减慢光速利用了完全不同的物理原理，从能带理论角度分析，某一频率的光子在介质中的传播速度完全由介质的色散函数决定，通过周期性改变介质的介电性能，即光子晶体能带工程，就可以构建这样的人工材料，使得特定频率的光子在该材料中的传播速度远小于光速。经过近二十年的研究，人们已经认识到光子晶体是光集成的最佳实现途径，目前人们已经突破了光子晶体激光器、光子晶体波导、光子晶体滤波器等器件，但是对于在集成芯片中的另一类核心器件-减慢光速器件或相移器的研究仍处于刚起步状态。另外，半导体二维光子晶体的工艺，可以完全采用和借鉴半导体微电子器件的制作工艺，因此具有批量生产的发展空间，促进了该项技术的发展。由于上述应用前景和技术优势，光子晶体减慢光速效应及其测量方法是国际上刚刚兴起的研究热点之一。如文献1：“M.Notomi，K.Yamada，A.Shinya，J.Takahashi，C.Takahashi，and I.Yokohama，Phys.Rev.Lett.87，253902(2001).”中公开的技术，日本NTT公司基础研究实验室的M.Notomi等人首次在常温常压下观测到二维光子晶体平板线缺陷波导中光速减慢的现象。他们在制作的不同的硅基光子晶体直波导上，观测到带边高对称点处的导波模式的群速度降低到空气中的光速的1/5至1/90。2004年，他们又在制作的SOI光子晶体波导中测量到群速度为空气中光速1/50的导波模，其波长正是处于光通信的波长范围内，如文献2：“M.Notomi，A.Shinya，S.Mitsugi，E.Kuramochi，and H.-Y.Ryu，Opt.Express 12，1551(2004).”中公开的技术。。

慢光效应的观测方案有三种，即频率域测量、时间域测量和实空间观测。到目前为止，最好的光速减慢效应的结果是使得光子在光子晶体中传播的速度是光子在真空中的光速的千分之一，就是这样缓慢移动的光子的传播速度也是每秒几百公里，如果希望捕捉这样的光子的传播特性，必须借助世界目前最尖端的探测系统，如响应率小于0.1ps的条纹相机等，这些设备是我们国内紧缺，而且国际上对我国禁运的，致使该方面的研究一直受到很大的约束，就是在西方科技发达国家中，拥有如此高尖端科研仪器的研究室也是屈指可数的。

因此，就需要有新的光子晶体减慢光速效应的测量方法及测量装置，能够降低成本、实施简便，适合我们的国情，使得我国在光子晶体减慢光速方面的技术能够具有与国际水平竞争的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实施简便、成本低的光子晶体减慢光速效应的测量方法及测量装置。

为达上述目的本发明采取的技术方案如下：

一种光子晶体减慢光速效应的测量方法，包括如下步骤：

1)在半导体芯片上依次放置一二维半导体光子晶体激光器和一二维半导体光子晶体波导，在这里的二维半导体光子晶体波导的区域与二维半导体光子晶体激光器的输出激光场有交叠，满足激光与波导耦合的要求。

2)对所述半导体光子晶体激光器进行泵浦，产生边发射激光，边发射激光与光子晶体波导耦合，实现二维半导体光子晶体激光器与光子晶体波导耦合输出；

3)该激光腔中产生空间烧孔效应，出射多模振荡激光；

4)用光纤将出射激光耦合入光栅光谱仪；

5)通过分析光谱特征，测得光速减慢信息。

在上述技术方案中，步骤2)中所述的二维半导体光子晶体激光器是光泵浦或是电注入泵浦。