一维光子晶体赛马场环形谐振器中的慢光色散效应

" Slow-Light Dispersion in One-Dimensional Photonic Crystal Racetrack Ring Resonator" 这篇研究论文探讨了在单维光子晶体环形赛道谐振器中慢光色散的现象及其应用。光子晶体是一种具有周期性结构的材料，这种结构能够控制光的行为，包括其传播速度和模式。在本文中，作者提出并验证了一种优化的硅基绝缘体上的单维光子晶体环形赛道谐振器设计。 慢光是指光在介质中的传播速度显著低于在真空中的速度，这一现象通常发生在光与物质强烈相互作用时。在光子晶体环形赛道谐振器中，慢光效应可以被利用来实现非均匀的自由光谱范围（Free Spectral Range, FSR），即光在谐振器中反复循环时的频率间隔不均一。这在文中通过最大群速度指数（Group Index, Ng）37.6和慢光因子11得以体现，其中群速度指数决定了光波在介质中传播的速度相对于光在真空中的速度的比例，而慢光因子则进一步描述了光速减缓的程度。 非均匀的FSR和大的群速度指数主要归因于光子晶体靠近能带边缘的慢光效应。能带边缘是指光子晶体中光的传播特性发生显著变化的区域，这里的光子能量接近晶体的禁带，导致光与晶体的相互作用增强，从而实现慢光。为了模拟和验证这一设计，研究人员采用了三维有限差分时间域方法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD），这是一种广泛用于光子学领域数值模拟的技术，其结果与实验观测到的现象有很好的吻合。 这种光子晶体环形赛道谐振器的设计有诸多潜在的应用，包括通道下插滤波器（Channel Drop Filters）、波分复用系统（Wavelength Division Multiplexing, WDM）、激光器以及其它光学通信和光电子领域的技术。它能够提供更精细的光信号处理能力，提高光子器件的性能和效率，并为未来集成光子学的发展打开新的可能性。 这项研究不仅深入理解了单维光子晶体中慢光色散的物理机制，还展示了一种新型的光子器件设计，该设计有望推动光子学技术的进步，尤其是在光学信息处理和光通信领域的创新。