慢光技术
光子晶体波导中的慢光
光子晶体波导产生慢光与其它慢光产生机制相比,其 优势在于能够在室温下产生任意波长、带宽很大的慢光, 而且光子晶体波导慢光系统的体积小、器件种类少、结构 紧凑,在全光缓存、光通信、光传感等领域具有广阔的应 用前景,因此受到各国科学家的广泛关注 从材料结构上看,光子晶体是一种在光学尺度上具有周 期性介电结构的人工设计和制造的晶体。光子晶体具有能 带结构,能带与能带之间有带隙,即光子带隙,能量处在光子 带隙内的光子不能进入该晶体,从而光带隙结构控制着光 在光子晶体中的运动。人们可以通过设计和制造光子晶体 及其器件,达到控制光运动的目的。
产生原理
一般而言,光在介质中的速度和介质折射率 有关,而光的传播速度又可以分为单一频率光 波传播的相速和许多频率成分组成的光波波包 传播的群速。本文中讨论的是光波传播的群速 度。由光波群速度的公式vg = dω/ dk = c/ ng 可得出光波在介质中传播的群速vg 的表达式:
其中,ω为光波频率, c 为光在真空中的传播 速度,n 为介质的折射率, k 为传播常数。由 ,n , 于折射率n的变化范围有限, 所以仅靠增加 折射率来减小群速vg 的办法并不可取,而如 果有办法使得折射率d n/ dω的变化率很大, 则群速度会发生剧烈的变化,且当d n/ dωm 1 时, 群速度会变得很小, 这时就产生了慢光。
•
*烧孔效应：非均匀加宽气体激光器的增益曲线上 ，与中心频率对称的两个频 率处下降的现象 。入射光变强后，通过受激发射使具有某一速度的气体分子 的反转粒子数减少，表现为增益曲线在该激光频率处下降，形成一个“烧 孔”，光强越大，“烧孔”越 深。因为激光是在谐振腔内往返传播，使具有 与上述速度大小相等、方向相反的气体分子的反转粒子数也减少。结果在增 益曲线上出现两个对中心频率对称的“烧 孔”，这两部分的气体分子对激光 都有贡献。
慢光的应用
• 早在2003 年,加州大学伯克利分校的CON2NIE J . CHAN G2HASNAIN 等人阐述了利用慢光在半导体纳米结构中实 现可变光缓存器的实验机理。提出了一种半导体量子点 (Quant umDot , QD) 结构的紧凑型可变全光缓存器。这种 缓存作用是通过EIT 效应利用外部控制光源去改变介质的 色散特性,而使光信号变慢而得到的。 • 近几年,我国也逐渐开始了慢光光缓存器方面的应用研究。 2007 年重庆邮电大学的卢超等人[27 ] 讨论了慢光缓存器 及其在光分组交换中的应用,并进行了性能仿真。仿真结 果表明,所设计的光分组交换(Optical Packet Switching , OPS)结构具有很好的性能,且很好地解决了传统OPS的一 系列问题。同年北京交通大学的吴重庆阐述了SBS 慢光 型光纤全光缓存器的研究进展,并指出目前尚未开发出一 种能够完全达到各项指标的慢光缓存器,应该继续加大研 发力度并发展综合型的光缓存系统。
• 右图表示一个典型的光子晶 体带隙结构图,横坐标代表电 磁波入射晶体的方向,纵坐标 表示频率,中间部分的灰色区 块即为带隙,频率在这段区域 内的电磁波都不能穿透。当 频率落在带隙中的电磁波由 外部入射至光子晶体区域时, 由于在光子晶体中没有与其 对应的传播模态,因此电磁波 会被完全地反射回去。 • 因为光脉冲的群速度vg = c/ ng , 其中ng 为材料的群折射 率,它控制着材料的色散和光 速减慢的程度。反常色散时, ng很大, 此时群速度vg就会 变得很小甚至为零。
随着慢光产生技术的日趋完善,对慢光的 应用研究也日渐增多。其实,慢光技术的应用 很大程度上依赖于慢光产生的实验机理。到 现在为止,一些实用价值很高的慢光产生机理 已经有了初步的应用,如上所提及的慢光光缓 存器、旋转(角速度) 传感器等。相信在未来 的几年中,这些技术成熟的实验机理会有更进 一步的应用,与此同时,还会有更多实用性更强 的实验机理被人们开发出来,从而激发出慢光 技术更多更新颖的应用价值 。
IBM科学家利用“慢速光”实现光通 科学家利用“慢速光” 科学家利用 信
（2005年11月3日，纽约YORKTOWN HEIGHTS讯）IBM日前宣布 该公司的研究人员已经制造出一种微型器件，向最终实现以光取代电 流来连接电子器件迈出了一大步，为大幅度提高计算机和其它电子设 备性能提供了可能性。 在11月出版的《自然》杂志上，IBM科学家表示通过引导光穿过一 个精心设计的被称为“光子晶体波导管”的多孔硅通道，成功地将光 速降低到不到正常速度的三百分之一。此外，只需通过为波导管加上 一个电压，这一设备的独特设计还能够在很大的范围内轻松改变光的 速度。 研究人员多年以前就已经知道如何在实验室环境中大大降低光的速 度，但这是第一次在一块硅芯片上，通过使用标准的微米电子和纳米 电子制造技术来主动控制光速。这一设备具有小型化特点，使用标准 半导体材料，并能对这种“慢速光”进行精密的控制，所有这些特征 使该技术可用于制造极其紧凑的光通信电路，集成到计算机系统之中 也将成为可能。 IBM研究团队成功地使用了一种光子晶体波导管，这种穿由一组规 则孔洞的薄硅片可以令光发生散射。这些孔洞的结构和大小使这种材 料拥有非常高的折射率—— 折射率越高，光的速度就越慢。通过使用 微小电流对波导管进行局部加热可以改变折射率，因此使用非常小的 电流就可以大范围快速调节光的速度。
美国科学家成功地把光速降为零
• 美国哈佛大学两个研究小组1月19日宣布,他们勒住了光的缰绳, 让光停止不前。据研究人员提供的新闻公报称, 光在进入水或玻 璃等介质后由于折射关系传输速度会变, 但在普通的光学材料中 减慢光速的程度存在一定限制, 一般只会减慢到原来的几分之一。 但在特定条件下,这种限制可以打破, 光速也因此而可能减慢至 惊人程度。科学家采用的特殊介质 由施加激光后的超低温原子 云构成。研究人员首先将大量金属原子组成的原子云冷却至接 近绝对零度后形成所谓的玻色- 爱因斯坦凝聚状态, 在这种低温 状态下, 原子的速度几乎等于零。结果金属原子就被迫互相重叠, 形成一种冷凝物。这种冷凝物一般会吸收照射它的光线, 但科学 使用一种特殊激光束对其进行处理, 使光可以通过, 然后经过调 整使光速降为零。哈佛大学两个研究小组分别采用了铷和钠原 子作为冷凝物 的材料。降低光速,有很多实际用途。不仅对于研 制未来的光学计算机具有非常重要的意义, 而且利用它可开发减 少通信系统中噪音的技术并可研制性能更好的视频显示和夜视 装置等。
慢光技术
张烁 张新知 舒一兴 刘君泽 徐慧
科学家将光速降低到每秒17米 科学家将ห้องสมุดไป่ตู้速降低到每秒 米
• 一个国际科研小组利用一种超低温原子云为“介 质”,成功地使光在其中的传播速度降低到真空中 的2万分之一这一成果在光计算机、光通信等领域 具有广阔的应用前景.光在这一“介质”中传播速 度最低是达到每秒17米,而目前自行车比赛世界记 录保持者每秒最快可骑92米,能够将在新“介质” 中传播的光远远抛于身后.这些科学家希望不久还 将使光的速度进一步降低到每小时40米左右,慢到 几乎与乌龟爬行相等的速度. (摘自《科学时报》）
哈工大教授实现慢光
• 2004 年哈尔滨工业大学掌蕴东研究小组利用相干布居振 荡(CPO) 产生光谱烧孔的现象在常温下红宝石晶体中实现 了慢光,这使慢光的研究更具实用意义。光谱烧孔产生慢 光的实质是用烧孔效应*造成折射率的剧烈变化而使光速 变慢,在该试验中观察到的延时为(2.314±0.005)ms,推断 出光速值为(43.215±0.094)m/s。
慢光技术及其在微光学陀螺中的应用
慢光技术及其在微光学陀螺中的应用
吕淑媛
【期刊名称】《西安邮电学院学报》
【年(卷),期】2009(014)003
【摘要】慢光技术作为一种使光速降低的技术,有很多应用领域.集成先学陀螺近年来由于其具有微型化,重量轻,性能稳定等优点而受到研究者的广泛关注.而在集成光学陀螺中能否进一步提高其的测试精度是一个关键问题.本文描述了将慢光应用于微光学陀螺增加其测试精度的物理机理,并给出了幔光效应应用于微光学陀螺的研究进展状况和主要研究方向,最后讨论了其发展前景.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】吕淑媛
【作者单位】西安邮电学院电子与信息工程系,陕西,西安,710121
【正文语种】中文
【中图分类】TN25;V241.59
【相关文献】
1.显微光学切片断层成像技术在卒中研究中的应用 [J], 潘超;张萍;唐洲平
2.三维惯性陀螺定位技术在非开挖地下管线高精度探测中的应用研究 [J], 程铭宇;陈友良
3.陀螺测斜技术在管桩垂直度检测中的应用 [J], 陈旻
4.陀螺定向测量技术在地铁隧道中应用 [J], 张鹏飞;马琦
5.微光学技术在惯性约束核聚变（ICF）中的应用 [J], 严瑛白;郑学哲;金国藩;邬敏贤
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慢光技术及其应用
学号姓名开课单位慢光技术及其应用讲座学习汇报5月26日晚7时30分至9时00分, 信息科学与技术学院郑狄老师在网络教育学院5302室做了以《慢光技术及其应用》为题学术汇报。
听此汇报, 让我们对光通信有了另一层面新认识。
慢光(Slow light)效应是在高色散器件和媒质中存在一个反常物理现象, 经过对光速减慢研究不仅能够加深大家对光与物质相互作用本质了解, 而且有利于发觉新物理现象。
利用慢光效应, 首先能够结构光延时器、光缓存器等, 这些器件将是处理全光通信系统中光路由和光交换问题关键器件; 其次, 当光脉冲在慢光波导中传输时, 将经历空间上压缩, 其能量密度将显著增大, 能有效提升传感器灵敏度。
汇报关键介绍了三大部分: 引言、基于受激布里渊散射(SBS)慢光技术、慢光应用。
一、引言1.慢光研究起源1999年Harvard大学Hau等人利用电磁感应透明（EIT）技术在450nK超冷原子中实现了17ｍ/s极慢光速。
9月23日, 在欧洲核子研究中心（CERN）, 科学家们发觉了意料之外现象: 被送往732公里之外Gran Sasso试验室中微子们比光速快了60纳秒抵达。
用更大数字来表示, 就是光速299,792,458m/s, 而她们在试验中检测到中微子速度是 299,799,953m/s。
这一数值试验误差是10纳秒, 换言之, 基础上比光速快是没错! 即使只是0.0025%区分, 但这一挑战狭义相对论光速不变原理基石发觉一旦得到证实, 将会给物理学界带来巨大改变。
慢光发展无疑会带来光学非线性效应增强, 以及全光信息器件如光缓存、光开关和光学路由器等发展。
尤其是全光信息器件已经是慢光发展关键动力之一, 因为全光信息器件可能就是下一代通讯网络关键器件。
而且慢光还可能影响雷达系统、量子信息科学等等领域。
2.慢光原理用相速度和群速度这两个概念来说明慢光产生。
通常而言,光在介质中速度和介质折射率相关,而光传输速度又能够分为单一频率光波传输相速度和很多频率成份组成光波波包传输群速度。
超快慢光科技的最新探索
超快慢光科技的最新探索超快慢光科技，是一项近年来备受关注的前沿研究领域。
它的发展，有望为人类创造更为广阔的科学应用和商业机会。
本文将就超快慢光科技的最新探索，进行讨论和探究。
一、超快慢光科技的概述超快慢光科技，首先需要了解其中的两个基本概念：慢光和超快光。
慢光是指在某些材料中，光的速度会变得较低，以至于比其他材料中的光速度要慢得多。
这种变化是由于介质的结构和物理性质的影响所导致的。
而超快光则是指光的速度非常快，可以达到光速的极限，比其他光速快许多倍。
这种变化是由光波的偏振、极化以及频率等物理性质的影响所导致的。
超快慢光科技的主要目标，是探究这两种状态下光与材料的相互作用及其效应。
通过探究这些效应，可以实现更快速、更灵活的光信号传输和处理，以及更灵敏、更高效的传感技术的研发和应用。
二、超快慢光科技在传输和处理方面的应用超快慢光科技在传输和处理方面的应用，主要体现在以下几个方面：1、光纤通信近些年来，随着网络技术的发展，人们对传输速度的要求越来越高。
而传统的电信网络存在传输距离远、信号衰减等问题。
而超快慢光科技的应用，可以实现更远距离的光信号传输，极大地提高传输速度和带宽。
此外，利用慢光技术可以实现光信号的全光路交换，大幅提升了网络的安全性和可靠性。
2、光量子计算量子计算是近年来备受关注的领域，超快慢光科技在其中也有着重要的应用。
利用超快光的特性，可以实现量子比特之间的高速传输和处理，从而大幅提高量子计算的效率和速度。
3、慢光存储慢光技术还可以应用在光存储中。
利用慢光的特性，可以实现光信号的延迟传输和存储，而无需使用传统的电子存储方式。
这种方法具有存储密度高、响应速度快、读写多次等优势。
三、超快慢光科技在传感方面的应用除了传输和处理方面的应用，超快慢光科技在传感方面也有着广泛的应用前景。
以下是一些典型的应用案例：1、慢光传感利用慢光技术，可以实现更高灵敏度、更高精度的传感器。
通过对光信号的变化进行监测和分析，可以实现多种类型的传感器，如压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。
慢光产生的新机理及其应用
第17卷 第2期2009年2月 光学精密工程 Optics and Precision Engineering Vol.17 No.2 Feb.2009 收稿日期:2008205221;修订日期:2008207223. 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2007AA09Z102);国家自然科学基金资助项目(No.60704026);国家自然科学基金资助项目(No.50575111)文章编号 10042924X (2009)022*******慢光产生的新机理及其应用赵 勇,赵华玮,张馨元,原 博,张 硕(东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110004)摘要:通过对比和研究电磁感应透明、相干布居振荡、受激布里渊散射和光子晶体波导等几种使光速变慢的主要技术,论述了近10年中的慢光技术重要理论和技术上的发展以及这些发展对慢光性能的改善及存在的问题与不足,重点介绍了近几年慢光产生的一些新技术及初步应用,并预测了慢光技术今后的发展趋势及潜在应用。
本文的研究表明,慢光在光纤传感以及其它领域中将会有越来越重要的应用价值。
关 键 词:慢光;光纤;电磁感应透明;受激布里渊散射;掺铒光纤;光子晶体中图分类号:O43 文献标识码:AR esearch on some new mechanisms of slow light and its applicationsZHAO Y ong ,ZHAO Hua 2wei ,ZHAN G Xin 2yuan ,YUAN Bo ,ZHAN G Shuo(N ortheastern University ,College of Inf ormation Science and Engineering ,S heny ang 110004,China )Abstract :The last decade is of great significance for t he develop ment of slow light technology.In or 2der to st udy on t he slow light technology deeply ,several kinds of slowing light technologies ,such as Elect romagnetically Induced Transparency (EIT ),Coherent Pop ulation Oscillation (CPO ),Stimulated Brillouin Scattering (SBS )and p hotonic crystal waveguide ,were contrasted and analyzed.Also some important t heoretical and technical develop ment s to improve performance of slow light in last decade were introduced ,and t hen p roblems and shortcomings existing in slowing technology were discussed.Finally ,t his paper focuses on some novel technologies of slowing down light velocity and t heir p rimary applications.Moreover ,it forecast s t he f ut ure developing t rends of slow light and it s potential appli 2cations.Through research on slow light ,result s show t hat slow light will realize more and more sig 2nificant application values in t he field of optical fiber sensing and ot her fields.K ey w ords :slow light ;optical fiber ;Elect romagnetical Induced Transparency (EIT );Stimulated Bril 2louin Scattering (SBS );Erbium Doped Fiber (EDF );p hotonic crystal1 引 言 光作为信息的载体,在当前信息领域中发挥着越来越重要的作用。
光子晶体波导慢光技术
Ｖ０１．４４．Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２００７图ｌ二维光子晶体波导的能带图导硅芯片控制光速传播的影响最大ｆ１引。
２光子晶体波导慢光的产生如果介质的折射率为ｎ，则光在介质中的传输速度为ｃ／ｎ，因此ｎ表示光速的减慢程度。
假设这里是单频连续波，对光脉冲信号，用群折射率来代替ｎ，则群速度的表达式可以写为％＝ｃ／ｎｇ，％由（ｄｋ／ｄｔｏ）一给出，其中光波的角频率为∞，ｋ为波数。
在真空中，Ｙｇ＝Ｃ，因为忌：ｔｏ／ｃ，在反常色散材料中％变得非常大。
图ｌ为光子晶体波导光子带结构，水平轴为主传播方向，纵轴方向为归一化频率ｔｏａ／ｒ２兀ｃ１＝ａ肛。
这里，ａ是晶格常数，而Ａ是真空中对应角频率ｔＯ的波长。
实线代表波导模，它表示光在禁带和泄漏线之间传播，泄漏线以上的区域为泄漏区，进入这个区域的光将在垂直方向泄露ｆ如果在光子晶体波导表面为空气，则有ｏＪ／ｃ：尼１。
如果光子晶体平板是２００～３００ｎｌｔｌ厚，晶格常数ａ是４００～５００ｎｎｌ，那么光的传播波长可以在１．５５ｇｍ附近。
要注意波导带的梯度在带边Ⅵ兀Ｖｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ变为０。
从群速度公式可以看到，在这种情况下群速度％＝０。
这种现象的产生是由于光在光子晶体中传播时不断向前向后发生布拉格反射造成的。
在布拉格光栅和多层堆栈结构里也观察到了类似的现象。
图２显示了光子晶体波导的透射谱曲线【ｉ４Ｊ。
在这个透射谱中由于法布里一珀罗ｆＦ—ｎ谐振而引起振荡，透射谱的峰一峰值间隔△旯朝着带边越来越小。
如果取波导长度为Ｌ，那么群折射率ｎ。
可以由２Ｖ（２Ｌ５２）给定。
根据这个方程可以估算出ｎ。
，图２中在带边附近将超过１００。
然而当ｎ。
变得非常大的时候，透过率也将变得很低，因此慢光很难被观察到。
３测量波导中慢光的主要手段在实验上观察光子晶体平板波导色散现象仍然十分困难【１５Ｉ。
早期，群速度和色散的相关报道都采用间接测量方式［ＩＩＪ，并通常采用相干结构测量。
由于受衍射极限的限制，传统的显微镜无法对波导内的光脉冲进行直接观察。
慢光技术
哈工大教授实现慢光
• 2004 年哈尔滨工业大学掌蕴东研究小组利用相干布居振 荡(CPO) 产生光谱烧孔的现象在常温下红宝石晶体中实现 了慢光,这使慢光的研究更具实用意义。光谱烧孔产生慢 光的实质是用烧孔效应*造成折射率的剧烈变化而使光速 变慢,在该试验中观察到的延时为(2.314±0.005)ms,推断 出光速值为(43.215±0.094)m/s。
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*烧孔效应：非均匀加宽气体激光器的增益曲线上 ，与中心频率对称的两个频 率处下降的现象 。入射光变强后，通过受激发射使具有某一速度的气体分子 的反转粒子数减少，表现为增益曲线在该激光频率处下降，形成一个“烧 孔”，光强越大，“烧孔”越 深。因为激光是在谐振腔内往返传播，使具有 与上述速度大小相等、方向相反的气体分子的反转粒子数也减少。结果在增 益曲线上出现两个对中心频率对称的“烧 孔”，这两部分的气体分子对激光 都有贡献。
慢光技术
张烁 张新知 舒一兴 刘君泽 徐慧
科学家将光速降低到每秒17米 科学家将光速降低到每秒 米
• 一个国际科研小组利用一种超低温原子云为“介 质”,成功地使光在其中的传播速度降低到真空中 的2万分之一这一成果在光计算机、光通信等领域 具有广阔的应用前景.光在这一“介质”中传播速 度最低是达到每秒17米,而目前自行车比赛世界记 录保持者每秒最快可骑92米,能够将在新“介质” 中传播的光远远抛于身后.这些科学家希望不久还 将使光的速度进一步降低到每小时40米左右,慢到 几乎与乌龟爬行相等的速度. (摘自《科学时报》）
美国科学家成功地把光速降为零
• 美国哈佛大学两个研究小组1月19日宣布,他们勒住了光的缰绳, 让光停止不前。据研究人员提供的新闻公报称, 光在进入水或玻 璃等介质后由于折射关系传输速度会变, 但在普通的光学材料中 减慢光速的程度存在一定限制, 一般只会减慢到原来的几分之一。 但在特定条件下,这种限制可以打破, 光速也因此而可能减慢至 惊人程度。科学家采用的特殊介质 由施加激光后的超低温原子 云构成。研究人员首先将大量金属原子组成的原子云冷却至接 近绝对零度后形成所谓的玻色- 爱因斯坦凝聚状态, 在这种低温 状态下, 原子的速度几乎等于零。结果金属原子就被迫互相重叠, 形成一种冷凝物。这种冷凝物一般会吸收照射它的光线, 但科学 使用一种特殊激光束对其进行处理, 使光可以通过, 然后经过调 整使光速降为零。哈佛大学两个研究小组分别采用了铷和钠原 子作为冷凝物 的材料。降低光速,有很多实际用途。不仅对于研 制未来的光学计算机具有非常重要的意义, 而且利用它可开发减 少通信系统中噪音的技术并可研制性能更好的视频显示和夜视 装置等。
慢光技术及其应用研究改好
其中，为介质中的传输距离，单位为米，c是真空中的光速， 是群折射率的变化量。在介质中折射率n是随着频率变化的函数。正常色散、反常色散以及群速度等都跟n有密切关系，不同材料对于速波表现出来的不同响应是关键，既然有色散的存在，光通信中说的光速都是指的群速度，所以c虽然不能变，群速度在特殊的响应函数(n随频率)下会表现出来特别性质—特别小慢光，或者特别大快光。
2.2
有很多方法可以产生快光和慢光，比如：用SBS方法可以在任意波长产生与标准光纤匹配的长时延。并且操作简单，由于光学谐振腔内的群速度可以被一个大的一阶色散降低。因此最初人们常常采用大的材料色散来得到慢光，后来也有采用改变结构的方法来得到大的色散，比如光子晶体。总的来说，要实现慢光有两种途经：①利用材料共振改变光速，具体实现方法是采用强光域的非线性现象改变信号光在介质材料中的响应，就是窄谱共振现象。当发生窄谱共振时，媒质中任何剧烈的谱改变都会在窄谱范围内导致谐振的波长附近的有效折射率产生一个剧烈的准线性变化，这样就会在谐振中心引起群速度的剧变。典型的方法有前面提到的EIT技术，已有研究者将EIT技术应用于成像。在慢光下得到没有强度和位相改变的无衍射图像。除此之外还有同调居量振荡(coherent population osciuations CPO)技术[7,8]、SBS、SRS[9]等。后面两种非线性方法折射率会产生强烈的谱变化，可以用Kramers—Kroig方程来衡量的慢光效应。②从材料结构人手，比如光子晶体或微结构实现慢光效应。
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1背景和意义1
1.2慢光的研究现状1
1.3本文的主要研究内容2
2.慢光的研究3
2.1实现慢光的原理3
2.2实现慢光的方法4
光子晶体波导慢光技术
光子晶体波导慢光技术
光子晶体波导慢光技术
介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理,指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题,对三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍.
作者：掌蕴东翁文喻波袁萍 ZHANG Yundong WENG Wen YU Bo YUAN Ping 作者单位：哈尔滨工业大学光电子技术研究所,可调谐激光技术国家级重点实验室,哈尔滨,150080 刊名：激光与光电子学进展ISTIC PKU 英文刊名：LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS 年，卷(期)： 2007 44(10) 分类号： O431 关键词：光子晶体慢光波导光延迟线。
浅谈慢光技术研究现状
方案 。 图 １是慢 光模 型示 意 图 ， 信号 通 过一个 长 度为 Ｌ的慢 光材 料 ， 冲进人 慢光介 质 后将 在 空 间上 被压 光 脉 缩， 压缩 因子 为 ｎ ， 能量 密度变 为 ：Ｉ ｎ Ｉ 而脉 冲 的强度 是不 变 的 了 ＥＩ
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图 １ 慢 光 模 型
收稿 日期 ：０ ２０ －７ ２ １－ ０ ２ 回修 日期 ：０ ２０ －２ ２ １－４２ 作者简介 ： 杨凡 （９ ５ ） 男 ， １６ 一 ， 副教授 ， 主要研究方 向： 物理教学法
・
３ ３・
杨凡等 ： 浅谈慢光技术研究现状
第５ 期
携带 信息 的光 信号 是经过 调制 的 ， 制 波包 含 多个 频 率 成分 ， 成 一 个 波包 ， 在介 质 中 的传 播 速 度 调 构 它 是 由群 速来 描述 的 ， 定义 为 ：
景。
对于慢光的研究 ， 最早是在极低温度下对原子气体进行操作实现。１９ 年 ， ９ ９ 哈佛大学 ｈｕ等人利用 电 ａ 磁 感生 透 明 （ ｌｃ ｏ ａｎ ｔ ａ ｙｉｄ ｃｄｔ ｎ ｐｒｎ ｙ Ｉ ） 术 在波 色 一爱 因斯 坦 凝 聚 状 态 下 将 光 速 减 小 ｅｅｔ ｍ ｇ ｅ ｃｌ ｕ ｅ ａ ｓａｅ ｃ ，ＥＴ 技 ｒ ｉ ｌ ｎ ｒ 到 １ｍ ｓ ， ７ ／ … 随后 在 各 种原 子 和 固体介 质 中实现 慢 光实 验 。２０ ０５年 ， 丹麦 的 Ｃ Ｍ 研究 中心 的科学 家 们 证 Ｏ 明用量子点光放大器和电吸收调制器都能够实现慢光－ 。瑞士的一个研究小组首次在普通 的光纤中利用 ２ Ｊ 受 激 布里 渊散 射 （ ｔ ｕａｅ ｒｌｕｏ ｃｔｒ ｇ，Ｂ ） 现 了可调 的慢光 ｌ ， 用受 激拉 曼散 射 （ ｔ ｌｔ Ｓｉ ｌｔ Ｂｉｏｉ Ｓａｅ ｎ Ｓ Ｓ 实 ｍ ｄ ｌ ｎ ｔ ｉ ３利 Ｊ Ｓｉ ａｅ ｍｕ ｄ Ｒ ｍ ｎＳａｅ ｎ ，Ｓ Ｓ 辅助 窄 带 光 学参 量 放 大 过 程也 能 产 生 可调 慢 光 Ｊ ａ ａ ｃｔｒ ｇ Ｒ ） ｔ ｉ 。同年 ， ａ ｒ 志 报 道 了 ＩＭ Ｎ ｔ ｅ杂 ｕ Ｂ 的研究 人 员在 硅 片上 利用 光子 晶体 技术 实 现 了动态 可调 的慢 光 ， 光 的群速 度减 小 了 ３０倍 Ｊ 将 ０ 。
负折射率材料中的慢光技术研究
∞ ｃ 一 ｐ
ｅ ｏ
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的介 质 ， 最初是 由前 苏联物理 学家 Ｖ ｓ ａｅ 于 ｅｌ ｏ ｅｇ １６ 年提出的。在负折射介质中， ９８ 电磁波能量 Ｓ的
ｐ ：ｌ ２ ２ 一 —
摘
要：首先阐述 了负折射率材料 的反 常传播 特性 ，并简要介绍 了通常 实现慢光技 术的原理。
随后分析了利用负折射率材料 的波导结构 实现慢光的几项关键 性研 究进展 ，并对含 有负折射 率 材 料 的波导 结构在 室温 固体条 件 下 实现 慢 光 的原 理进 行 了总 结 ，进 而提 出 当前 利 用 负折 射 率材 料实现慢光所存在的问题 以及研 究方向 ，最后简要介绍了这一最新课题的研 究意义和应用前景。 关键词：慢光 ；负折射率 ；左手材料 ；后向导波
慢 光技术 在现代 光通 信 网络 中有很 多潜在 的应
用， 如光交换、 光缓存 、 光存储、 数据路由、 数据 同步、
光 信号 处理 、 波 光 子学 及 干 涉仪 等 。室 温 条件 下 微 实 现 慢 光 技 术 的 方 法 ¨ 要 有 ： Ｂ Ｓ ｍ ｌｔ 主 Ｓ Ｓ（ ｔ ｕａｅ ｉ ｄ
ｔｍ ｅａ ｒ ａ ｚ ｏ ｇ ｔ ａ ｎ ｌ ｅ ｎ ｕ ｍ ｒ ｅ ｉ ｐ ｐｒ ｔｕ ｏ ｓｔ ｏ ｔ ｎｔ ｅ ｐｒｔ ｅｔ ｒ ｌｅｓ ｗｌ ｓａａｙ ｄａ ｄｓｍ ａｉ ｄｉ ｔ ｓ ａ ｅ， ｈ ｓｉｃｍｅ ｏ ｂａ ｅ ｕ ｏｅｉ ｌ ｉ ｗ ｈ ｚ ｚ ｎｈ ｔ ｉｈ
等人 相继 从理论 上证 明了一 种开路谐 振金属 环结构
可以实现 负的介 电常数和磁导率。随后 ，ｈｌ Ｓｅ ｙ ｂ 等人 根 据 Ｐｎｒ ｅｄ ｙ的 理 论 利 用 开 口金 属 谐 振 环 （ Ｒ ｓ 和金属导线 阵列（ ’） Ｓ Ｒ’） ＷＳ Ｓ结构首次在微波 段制成了介 电常数 和磁导率 同时为负的人工材料， 并从实验上证明了负折射现象的存在 。 这种 系统结 构 采 用 金属 Ｄｕｅ模 型 ， 等效 介 ｒｄ 其