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- 545期－光科學年代（5月號）
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2015-05-01光波操縱師─神奇的光子晶體
545 期
Author 作者
欒丕綱／清華大學物理博士，中央大學光電系副教授。研究專長為光子晶體，聲子晶體，以及超穎材料。
1980年代時，人類對於光的認識已經很深入。那時人們已懂得使用透鏡組件，藉由改變折射率與介質表面的特定形狀以控制光線的傳播方向，如使用望遠鏡觀察宇宙，製作顯微鏡觀察微生物。
人們知道單一頻率的光通過雙狹縫會有干涉現象，而光波通過小尺度的物體會產生繞射與散射。利用光從「密介質（折射率大的介質）」傳向「疏介質（折射率小的介質）」，入射角大於「臨界角」時會發生的全反射現象，可以設計出波束分離器（beam splitter）、波導（waveguide）， 與光纖。利用光是電磁波的事實，可以藉著控制光的偏振與相位做出光學波片（wave plate）、濾波器，以及調制器（modulator）。利用量子力學與半導體物理的知識，人們知道如何操控光子與原子的交互作用，製造出所需要的雷射以供進一步應用。
以上這些控制手段似乎缺少了什麼？仔細觀察，會發現這些對光的控制手段可歸納為以下幾種：（一）控制光的傳播方向，（二）控制光的傳播區域／ 範圍，（ 三） 控制光的強度，（四）控制光波的相位與偏振，（五）控制光的相位一致性以及傳播方向的準確度。以上這些控制手段的共同特色就是「不能阻止光的傳播」。雖然光子可以被原子吸收或放射出來，但若試圖阻止光的傳播，那麼光子只能藉著被材料吸收而消失，轉換為其他能量，例如熱能。
光子晶體的發想
1987年左右，雅布羅諾維奇（Eli Yablonovitch）與約翰（Sajeev John）兩位科學家不約而同地思考著阻止光傳播卻不消滅光子的可能性。
雅布羅諾維奇是一位實驗物理學家，曾任職貝爾通信研究所（Bell Communications Research）的研究員。他當時思考的問題主要是如何抑制原子的「自發輻射（spontaneous emission）」以減少能量的浪費，並增加雷射的效率。……【更多內容請閱讀科學月刊第545期】