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“慢光”，就是通過改變材料的色散特性使光的群速度降下來。對于用于通信和光數(shù)據(jù)處理的光學電路來講，慢光頗具應用潛力�？茖W家最早在具有電磁感應透明特性的介質中發(fā)現(xiàn)了慢光，但是整個實驗系統(tǒng)非常復雜。最近，研究人員利用受激布里淵散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）在光纖和光子集成芯片中實現(xiàn)了慢光。

目前，由俄羅斯和美國的科學家組成的一個研究小組，在普通印刷電路板（PCB）上的聚合物波導中實現(xiàn)了慢光。研究人員利用SBS實現(xiàn)大范圍可調諧光延遲，進一步拓展了慢光的潛在應用領域。^[1]

基于SBS的慢光

該小組的研究人員來自莫斯科國立Lomonosov大學、俄羅斯科學院和美國得克薩斯A&M大學，他們首先利用紫外光刻技術在PCB上創(chuàng)造一系列長度為5 cm、尺寸為50µm×50µm的聚合物波導陣列。在800nm波長處，該聚合物波導核的折射率為1.46，包層的折射率為1.40。該聚合物波導的拉曼增益光譜主要由碳-氫（C-H）的振動模式決定，該振動模式對應的波數(shù)約為3000cm^-1，相應的振動周期為11fs。

（a）     自相關測量顯示，斯托克斯脈沖通過一個5cm的聚合物波導后延遲450fs。（b）延遲時間隨增益變化的曲線。藍色曲線和紫色曲線分別表示斯托克斯輸入脈沖帶寬為5nm和8nm情形。

SBS慢光中斯托克斯脈沖由鈦藍寶石激光系統(tǒng)產生，該系統(tǒng)包括輸出脈寬為40fs的鎖模主振蕩器和輸出脈寬為60fs的多通放大器，中心波長為800nm，典型帶寬為5nm。泵浦脈沖由頻率可調的光參量振蕩器產生，該系統(tǒng)輸出的脈沖寬度為100fs，中心波長為650nm。泵浦脈沖放大斯托克斯脈沖，同時導致波導的折射率發(fā)生變化，使斯托克斯脈沖的傳播速度減小，實驗時斯托克斯脈沖寬度在60~500fs之間變化。

斯托克斯輸出信號和寬度為200​​fs、波長為800nm的參考脈沖，同時通過鋇硼酸鹽晶體獲得了和頻信號。研究人員測量了和頻信號與斯托克斯和參考脈沖之間的延遲時間的關系。實驗中，研究人員使用一個空間濾波器獲得帶寬小于拉曼線寬（5nm）的斯托克斯脈沖，從而確保斯托克斯脈沖和泵浦脈沖獲得最佳耦合。由于波導允許多模運行，輸出斯托克斯脈沖寬度展寬達10％。

研究人員通過一個簡單的理論模型預計，延遲時間和增益成線性關系；但實驗結果表明，在高增益下，由于克爾非線性效應，延時將達到飽和。在輸入斯托克斯帶寬為5nm、信號增益為14dB時，光延時高達200fs。

研究人員表示，聚合物波導中泵浦脈沖和斯托克斯脈沖具有不同的折射率，這限制了它們的相互作用長度。當斯托克斯脈沖的帶寬為5nm時，其相互作用長度約為13mm。采用不同的偏振態(tài)、多層包層或者優(yōu)化波導色散剖面，可以延長相互作用長度。

對于一塊大小為0.9µm×1.5µm的長方形聚合物波導，若泵浦脈沖和斯托克斯脈沖的偏振態(tài)垂直，當輸入脈沖為100fs時，在9cm的相互作用長度內可以產生高達1.4ps的延時。

具有更高密度C-H鍵的聚合物可以提高增益，初步的實驗結果表明，薄聚合物薄膜的增益可以增加4~5倍。

參考文獻

1. A.A. Lanin et al., Opt. Lett., 36, 10, 1788 (May 15, 2011).