日科學(xué)家成功研制出三維光子晶體 光埋入能力提高4倍

　　日本東京大學(xué)量子情報研究機構野村政宏（NOMURA,Masahiro）等人，近日開(kāi)發(fā)出高性能的“三維光子晶體”。該晶體預料將會(huì )是實(shí)現下一代高速計算時(shí)的重要組件材料。由于精密設計的形狀，光埋入性能提高為以往的四倍。除了有利于計算機的高速、省電計算處理外，也期望可應用作為防竊聽(tīng)的“量子密碼”光源。

　　三維光子晶體，是可將光粒封在內部的半導體晶體。在埋入以其他半導體材料制作的小球狀物，也可同時(shí)聚集電子。此種晶體外部受到光線(xiàn)照射時(shí)，晶體內的光和電子會(huì )重復地交互作用，使光放大增加，進(jìn)而產(chǎn)生效率極佳的激光。與以往的半導體激光器相比，組件中產(chǎn)生的光能以1000倍左右的高效率提取。

　　研究團隊以電子顯微鏡確認，將細刻如梳子齒狀般、厚度200納米的半導體板堆棧25層，即可制作成長(cháng)寬約10微米的三維光子晶體。 

圖1 東京大學(xué)研制出三維光子晶體的結構

　　目前的課題是晶體中會(huì )漏出微弱的光，但因為半導體板多層堆棧之故，讓光仍然得以立體地圍繞在一起。

　　晶體中多數的光粒子經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間埋入，能提高晶體發(fā)光的性能。在光通訊使用的、波長(cháng)1.3微米的光埋入實(shí)驗中，研究了晶體的質(zhì)量。借助“Q值”，得知性能提高到以往的四倍。

　　研究團隊分析認為“晶體的質(zhì)量必須達到能正確產(chǎn)生激光的等級”。嘗試以調整自外部照射進(jìn)來(lái)的光等改良方式，并以實(shí)際光源的機能進(jìn)行考慮。 

圖2 顯示的效果完全抑制物質(zhì)排放的三維光子晶體。 (A) 5層堆疊晶體和（ B ） 9層堆疊

　　在新技術(shù)的基礎下，將來(lái)得以代替大規模集成電路芯片的電力配線(xiàn)，以光傳送數據等應用方式而備受期待。計算機的信號處理可望達到高速、省電的境界。