東(dong) 京大學教授荒川泰彥的研究小組宣布，利用具備3維（3D）構造的光子晶體(ti) （Photonic Crystal）構成的共振器成功地實現了激光振蕩。有關(guan) 詳情已刊登在2010年12月19日的“Nature Photonics”在線版上。

　　光子晶體(ti) 是一種可稱為(wei) “光學版”半導體(ti) 的人工構造體(ti) 。普通半導體(ti) 由10nm左右的原子列以及在其中運動的電子等構成，與(yu) 此不同，光子晶體(ti) 則由人工方式按數百nm的間隔構成的周期性構造以及管線構成。相當於(yu) 半導體(ti) 的帶隙的結構，在光子晶體(ti) 中被稱為(wei) “光子帶隙（Photonic Band Gap，PBG）”。

　　此前，光子晶體(ti) 以二維構造光子晶體(ti) 的研發為(wei) 主體(ti) 。此次，荒川的小組製作了3D光子晶體(ti) ，並確認其可封閉激光，並可實現激光振蕩。

　　製作得像塑料模型

　　荒川表示，此次的3D光子晶體(ti) “製作得像一個(ge) 塑料模型”。具體(ti) 來說，就像普通塑料模型一樣是從(cong) 名為(wei) “澆口（Runner）”的框架上切下各部件（Parts）製作而成的，此次的3D光子晶體(ti) 也是在澆口中製作二維部件，然後拆下這些二維部件，經過搭建而成。

　　與(yu) 普通塑料模型不同的是，上述部件極其微小，為(wei) 約10μm見方、厚150nm。該小組通過“Micro Manipulation”電子顯微鏡進行手工作業(ye) ，使用了25枚部件搭建製作而成。由於(yu) 這些操作要求有相當高的手藝，因此，“1天製作1個(ge) 已是竭盡全力了。而且，隻有研究室的特定成員能夠完成該工作”（荒川）。目前的定位誤差為(wei) 50nm。

　　3D光子晶體(ti) 中心附近的各部件采用不具有周期構造的缺陷共振器，而且，由InAs構成的量子點在各部件上分3層進行植入。

　　荒川的小組觀察到，當向製成的3D光子晶體(ti) 照射激發用激光時，隻有波長為(wei) 1.2μm的光被封閉於(yu) 其中。該小組透露，Q值約為(wei) 4萬(wan) ，半幅值為(wei) 0.031nm，封閉時間為(wei) 數十ps。該Q值“以3D光子晶體(ti) 來說為(wei) 世界最高值”（荒川）。

　　當進一步加強受激光之後，其以1.2μm的波長產(chan) 生振蕩，並變成激光。

　　在理論上性能比2D光子晶體(ti) 更高

　　2D光子晶體(ti) 方麵，已有Q值超過100萬(wan) 事例報告。然而，2D構造中“可實現完全封閉的僅(jin) 僅(jin) 是光的TE（Transverse Electric）偏波，而TM（Transverse Magnetic）偏波隻能利用全反射（來實現完全封閉）”（荒川）。荒川表示，由於(yu) 3D光子晶體(ti) 理論上可封閉所有模式的光，因此，在原理上有可能實現大大超過2D光子晶體(ti) 的封閉性能，例如Q＝1000萬(wan) 以上。

　　作為(wei) 應用領域，“可能包括3維光波導等等。雖然實現這些目標也許尚有待時日，但如果不斷提高製作精度，通過電流激發的激光振蕩估計也有望實現”（荒川）。