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(bào)研究機(jī)構(gòu)野村政宏（NOMURA,Masahiro）等人，近日開發(fā)出高性能的“三維光子晶體”。該晶體預(yù)料將會(huì)是實(shí)現(xiàn)下一代高速計(jì)算時(shí)的重要組件材料。由于精密設(shè)計(jì)的形狀，光埋入性能提高為以往的四倍。除了有利于計(jì)算機(jī)的高速、省電計(jì)算處理外，也期望可應(yīng)用作為防竊聽的“量子密碼”光源。

　　三維光子晶體，是可將光粒封在內(nèi)部的半導(dǎo)體晶體。在埋入以其他半導(dǎo)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照射時(shí)，晶體內(nèi)的光和電子會(huì)重復(fù)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(dǎo)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(tuán)隊(duì)以電子顯微鏡確認(rèn)，將細(xì)刻如梳子齒狀般、厚度200納米的半導(dǎo)體板堆棧25層，即可制作成長(zhǎng)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(jié)構(gòu)

　　目前的課題是晶體中會(huì)漏出微弱的光，但因?yàn)榘雽?dǎo)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(shù)的光粒子經(jīng)過長(zhǎng)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(zhǎng)1.3微米的光埋入實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)分析認(rèn)為“晶體的質(zhì)量必須達(dá)到能正確產(chǎn)生激光的等級(jí)”。嘗試以調(diào)整自外部照射進(jìn)來的光等改良方式，并以實(shí)際光源的機(jī)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(chǔ)下，將來得以代替大規(guī)模集成電路芯片的電力配線，以光傳送數(shù)據(jù)等應(yīng)用方式而備受期待。計(jì)算機(jī)的信號(hào)處理可望達(dá)到高速、省電的境界。