跳到主要內容

科技大觀園商標

分類項目
Menu

開一條路讓光走

98/03/05 瀏覽次數 19008
光纖通訊有傳輸容量大、保密性好的優勢,但是傳統光纖材料會造成色散等問題,為了補償這個缺點,世界上許多學者正在研究「光子晶體光纖」(photonic crystals fiber)。「光子晶體之父」亞伯龍諾維其(Eli Yablonovitch)教授曾經說過:「光子晶體的應用,限制只是人們的想像力。」

光子晶體是 10 年來光電領域的重大發展之一。科學家在材料中「開路」,讓特定波長的光沿著「道路」行進,解決了傳統光纖的色散、能量損耗等問題。中央大學光電科學與工程學系陳啟昌副教授在 2002 年開始進行光子晶體的研究,他的研究團隊擁有領先世界的成果,也正與德國、法國、新加坡等國的研究團隊共同研發最尖端的光子晶體元件。

陳啟昌副教授說,一維的光子晶體就是「薄膜」,如同眼鏡上的多層膜,可以抗紫外光等;二維的光子晶體如波導元件、分光元件等;三維光子晶體很複雜,可以想像成許多的奈米尺寸結構緊密、有周期性地堆積,碰到不同角度的入射光,就會反射出不同波長的光線。

陳啟昌副教授針對電腦的中央處理器(central processing unit, CPU)思考。他說,如果能用光元件取代 CPU 內部的電子元件,運算的速度和負載量都可以大大增加,速度變快,耐用度也變高。他利用光子晶體的特性,引導光線沿著想要的路徑進行。陳副教授指出,目前傳統波導的彎角角度,10 度以內已經是極限,商用元件的光波導更只有 1 ~ 2 度,目前他們挑戰的是利用光子晶體波導製作 90 度的大轉彎。陳副教授表示,並不是更換光學材料就可以解決體積、整合和相容性的問題。

舉例來說,電線可以轉彎,但光是直走的,如果要配合光的直進特性,很多大角度的元件位置都要拉開組裝範圍,勢必讓整個電腦的 CPU 變得非常龐大。另一方面,目前的電子元件都在同一個製程中組裝,如果加入光子晶體元件,很可能會有整合性的問題。因此陳啟昌副教授設計的「光之 CPU」,從光源開始,波導、分光器和偵測器都一起設計,希望能一次解決所有問題。

陳啟昌副教授進一步說明,目前的光學元件如可照相手機的鏡頭,都是微米(μm, 10−6 m)等級,而電子元件已經進步到奈米(nm, 10−9 m)等級,兩者勢必有尺寸的相容問題。他說,光子晶體的元件尺寸接近電子元件,結合應該會很「速配」。

2006 年,陳啟昌副教授的研究團隊正和被稱作「世界光學之都」的德國耶拿大學(Friedrich Schiller University of Jena)合作,運用先進的設備驗證他們模擬的結果。陳啟昌副教授認為,光通訊是未來的必然趨勢,如果能提升光子晶體的研究,並增加光的耦合率,會更有助於科技發展。目前光子晶體製造技術雖然還有待突破,但光子晶體的應用在未來必會掀起一波「光世代」革命。

深度閱讀
  1. 欒丕綱、陳啟昌(民 94)光子晶體-從蝴蝶翅膀到奈米光子學,五南圖書出版股份有限公司,臺北市。
  2. 陳啟昌「應用光子實驗室」:http://apl.dop.ncu.edu.tw。
  3. 光子晶體專輯:http://nano.nchc.org.tw/photonic/ch1.php。
OPEN
回頂部