Only Perception: 液晶使光脈衝降至蝸牛速度

2008-06-13

液晶使光脈衝降至蝸牛速度

Liquid Crystals Slow Light Pulses to a Snail's Pace
http://www.physorg.com/news132303457.html

June 10, 2008
By Lisa Zyga

在真空中，光脈衝的速度總是每秒 300,000 km 的常數。但透過改變光行進通過的介質，物理學家能降低光脈衝的速度，且有可能創造出高感度的光干涉儀與其他裝置。

過去十年間，研究者已證明數使光變慢的方法，例如使用超冷原子、矽波導，或量子同調（quantum coherence）效應。但現在，研究者首度證明液晶也能夠降低光速，而且能提供少於每秒 0.2 mm 的群速 -- 這是目前所達到的最低記錄。

這項研究，由法國 Institut Non Lineaire de Nice 的物理學家 Stefania Residori Umberto Bortolozzo 以及 Thales Research and Technology 的物理學家 Jean-Pierre Huignard 所完成，出現在最近一期 Physical Review Letters 上。

液晶慢光（slow light）的關鍵在於與雙光子波混合相關之大色散特性。當研究者將兩道光束 -- 一道強度較弱，而另一道則有較高的強度 -- 瞄準到一個液晶閥時，液晶的作用如同某種全像術（hologram），且將此光束分離成數道光束，往不同方向離開，這些繞射光束有著不同的延遲或完全沒延遲，端賴它們在液晶內部的路徑方向。

"重點是，減緩光學脈衝的速度，相當於使脈衝在一個具有相當大群折射率（refractive group index）的介質中行進，" Residori 解釋。"因此即便光脈衝行進過一小段距離，其有效路徑都會變得非常大。因為一個干涉儀的精確度是由二臂間光學路徑的差異所賦予，那麼透過在某一臂上插入慢光裝置，它將能達到空前的敏感度。"

研究者亦使用這種技術來示範成像延遲（image delay）。他們將一個一平方公分的影像加諸於脈衝持續 180 毫秒的低強度光束上，並利用高強度光束照亮（illuminated）這個影像。此輸出光束證明當它通過液晶時，影像被延遲了 82 毫秒。這個影像，具有 15 微米的空間解析度，顯然由於結晶體的均勻度，沒有任何顯著的變形。

能夠在單一裝置中達到快與慢光的能力，能有許多光學用途。如同研究者所解釋，在擴大慢光脈衝與減少快光脈衝的強度之間有一種最理想的折衝（trade-off）以達到一個好的平衡。除了光學通訊網路之外，超慢群速在大幅增加光干涉儀的敏感度、檢驗基本物理定律與精確的度量衡測量上都有所幫助。

"液晶科技已受到非常良好的發展，且液晶裝置能輕易地被商業化，" Residori 解釋。"此外，這種裝置非常密實與小尺寸（20x20x1 mm），而且實驗性裝置與其他技術相較，相對簡單。"

※ 相關報導：

＊ Slow and Fast Light in Liquid Crystal Light Valves
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e203603