科学家首次利用光子晶体制作出三维的光导,并且让光可以在三度空间中垂直转弯。
光子晶体就是有高低折射率规则交错分布的一种材料。这种高低折射率交错分布的结构使光子晶体产生光子能隙(photonic bandgap),让部分频率的光无法在光子晶体里面传播,其他则可以通过。科学家利用光子晶体的这个性质来做光导,也就是利用光子晶体把特定波长的光限制在某个区域或路径中。这种光导可以用在光通讯上传递光讯号或作为激光的共振腔。
不过,到目前为止大部分的光子晶体光导都是二维的,而且也没有方法及技术可以在光子晶体中制造出三维的波导。因此the University of Illinois at Urbana Champaign的Paul Braun及其同僚发表在2008年1月的Nature Photonics中,在光子晶体中制作三维光导的结果就格外受瞩目。
研究人员先用725奈米及925奈米的二氧化硅小球结晶成光子晶体的结构,然后在这个结构中他们加入单体(monomer)溶液。接着,他们利用激光光聚焦去打设计过要成为波导的区域。在被激光光打过的区域,原本的单体会形成高分子,并将整个波导的区域填满。然后,研究人员在整个结构中灌入硅,并加入酸除去原本的二氧化硅,仅剩下硅及空洞的部分。被高分子填满的部分,由于硅无法灌入,因此在酸洗后就仅剩下空洞及高分子。最后的结果就形成了硅及空洞规则交错的光子晶体结构部分,以及空洞及高分子的光导部分。高分子在近红外的波段是透明的,并不会影响光在里面的传播。
为了做测试,研究人员制作了一个有两个直角转弯的波导。他们发现确实只有1.48微米波长的光,也就是相当于他们设计的光子晶体材料的能隙,才能在光导中传播。
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