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“慢光”，就是通过改变材料的色散特性使光的群速度降下来。对于用于通信和光数据处理的光学电路来讲，慢光颇具应用潜力。科学家最早在具有电磁感应透明特性的介质中发现了慢光，但是整个实验系统非常复杂。最近，研究人员利用受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）在光纤和光子集成芯片中实现了慢光。

目前，由俄罗斯和美国的科学家组成的一个研究小组，在普通印刷电路板（PCB）上的聚合物波导中实现了慢光。研究人员利用SBS实现大范围可调谐光延迟，进一步拓展了慢光的潜在应用领域。^[1]

基于SBS的慢光

该小组的研究人员来自莫斯科国立Lomonosov大学、俄罗斯科学院和美国得克萨斯A&M大学，他们首先利用紫外光刻技术在PCB上创造一系列长度为5 cm、尺寸为50µm×50µm的聚合物波导阵列。在800nm波长处，该聚合物波导核的折射率为1.46，包层的折射率为1.40。该聚合物波导的拉曼增益光谱主要由碳-氢（C-H）的振动模式决定，该振动模式对应的波数约为3000cm^-1，相应的振动周期为11fs。

（a）     自相关测量显示，斯托克斯脉冲通过一个5cm的聚合物波导后延迟450fs。（b）延迟时间随增益变化的曲线。蓝色曲线和紫色曲线分别表示斯托克斯输入脉冲带宽为5nm和8nm情形。

SBS慢光中斯托克斯脉冲由钛蓝宝石激光系统产生，该系统包括输出脉宽为40fs的锁模主振荡器和输出脉宽为60fs的多通放大器，中心波长为800nm，典型带宽为5nm。泵浦脉冲由频率可调的光参量振荡器产生，该系统输出的脉冲宽度为100fs，中心波长为650nm。泵浦脉冲放大斯托克斯脉冲，同时导致波导的折射率发生变化，使斯托克斯脉冲的传播速度减小，实验时斯托克斯脉冲宽度在60~500fs之间变化。

斯托克斯输出信号和宽度为200​​fs、波长为800nm的参考脉冲，同时通过钡硼酸盐晶体获得了和频信号。研究人员测量了和频信号与斯托克斯和参考脉冲之间的延迟时间的关系。实验中，研究人员使用一个空间滤波器获得带宽小于拉曼线宽（5nm）的斯托克斯脉冲，从而确保斯托克斯脉冲和泵浦脉冲获得最佳耦合。由于波导允许多模运行，输出斯托克斯脉冲宽度展宽达10％。

研究人员通过一个简单的理论模型预计，延迟时间和增益成线性关系；但实验结果表明，在高增益下，由于克尔非线性效应，延时将达到饱和。在输入斯托克斯带宽为5nm、信号增益为14dB时，光延时高达200fs。

研究人员表示，聚合物波导中泵浦脉冲和斯托克斯脉冲具有不同的折射率，这限制了它们的相互作用长度。当斯托克斯脉冲的带宽为5nm时，其相互作用长度约为13mm。采用不同的偏振态、多层包层或者优化波导色散剖面，可以延长相互作用长度。

对于一块大小为0.9µm×1.5µm的长方形聚合物波导，若泵浦脉冲和斯托克斯脉冲的偏振态垂直，当输入脉冲为100fs时，在9cm的相互作用长度内可以产生高达1.4ps的延时。

具有更高密度C-H键的聚合物可以提高增益，初步的实验结果表明，薄聚合物薄膜的增益可以增加4~5倍。

参考文献

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