奈米光電材料與光子晶體基礎研究(I)

Abstract

光電子系統中的核心光學功能性，一般而言都是利用相當微弱的光與物質間之交互作用，如各 種線性與非線性之光吸收、折射及散射效應。光電材料中之光子-光子與光子-電子交互作用遠小於 電子-電子和電子-離子間之交互作用，所以光電元件的尺寸通常需要遠大於電子元件，以達到足夠 的光電功能性。因此想要像積體電路一樣，簡單地尺寸縮小(scaling)積體化光子系統，在理論上有 很大的問題。到現代的電子元件充分地應用電子的 Bloch waves 增強它們之間的交互作用，來將電 子元件縮小至奈米級。光子的Bloch waves 也存在於光子系統中，利用光子和電子兩者的Bloch waves 之相干性和偶合之優勢，特別是一些光子與電子侷限的結構；簡單地尺寸縮小顯示侷限的電 子Bloch wave 約在幾個埃之數量級，而侷限的光子Bloch wave 在數百埃之數量級。最近我們更發 現在光子晶體波導中，可能將光子侷限到小於五分之一波長範圍內。藉著適當的元件結構增強光子- 電子的交互作用似乎是一蹴可及之事。因此在這三年計畫中，我們計畫設計和建造一些新穎的光學 功能性到光子結構中，結合我們過去在光電材料與雷射技術的成果與最近在光子晶體方面之相關研 究經驗，進一步發展利用新穎結構操控即時光子-電子交互作用力，以便控制量子演化態(quantum evolving states)。當這些技術開發成熟後，各式各樣的應用如介質中光傳輸之控制、可控制的材 料相變、甚至量子計算等都變得可達成的目標。