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东京大学利用3D光子晶体制造出激光

发布人:激光制造商情

责任编辑:激光制造网通讯员

来源:日经BP社

2010-12-23 09:00

东京大学教授荒川泰彦的研究小组宣布,利用具备3维(3D)构造的光子体(Photonic Crystal)构成的共振器成功地实现了激光振荡。有关详情已刊登在20101219日的“Nature Photonics”在线版上。

光子晶体是一种可称为“光学版”半导体的人工构造体。普通半导体由10nm左右的原子列以及在其中运动的电子等构成,与此不同,光子晶体则由人工方式按数百nm的间隔构成的周期性构造以及管线构成。相当于半导体的带隙的结构,在光子晶体中被称为“光子带隙(Photonic Band GapPBG)”。

此前,光子晶体以二维构造光子晶体的研发为主体。此次,荒川的小组制作了3D光子晶体,并确认其可封闭激光,并可实现激光振荡。

制作得像塑料模型

荒川表示,此次的3D光子晶体“制作得像一个塑料模型”。具体来说,就像普通塑料模型一样是从名为“浇口(Runner)”的框架上切下各部件(Parts)制作而成的,此次的3D光子晶体也是在浇口中制作二维部件,然后拆下这些二维部件,经过搭建而成。

与普通塑料模型不同的是,上述部件极其微小,为约10μm见方、厚150nm。该小组通过“Micro Manipulation”电子显微镜进行手工作业,使用了25枚部件搭建制作而成。由于这些操作要求有相当高的手艺,因此,“1天制作1个已是竭尽全力了。而且,只有研究室的特定成员能够完成该工作”(荒川)。目前的定位误差为50nm

3D光子晶体中心附近的各部件采用不具有周期构造的缺陷共振器,而且,由InAs构成的量子点在各部件上分3层进行植入。

荒川的小组观察到,当向制成的3D光子晶体照射激发用激光时,只有波长为1.2μm的光被封闭于其中。该小组透露,Q值约为4万,半幅值为0.031nm,封闭时间为数十ps。该Q值“以3D光子晶体来说为世界最高值”(荒川)。