Fotonikus kristály

A fotonikus kristály egy modern anyag, amely felváltva magas és alacsony törésmutatójú elemi cellákból áll, és méretei hasonlóak egy adott spektrális tartományból származó fény hullámhosszához. A hangkristályokat az optoelektronikában használják. Feltételezhető, hogy a fotonikus kristály használata lehetővé teszi például. fényhullám terjedésének szabályozására, és lehetőséget teremt fotonikus integrált áramkörök és optikai rendszerek, valamint hatalmas sávszélességű (Pbps nagyságrendű) távközlési hálózatok létrehozására.

Ennek az anyagnak a fény útjára gyakorolt ​​hatása hasonló a rácsnak a félvezető kristályban lévő elektronok mozgására gyakorolt ​​hatásához. Innen származik a „fotonikus kristály” elnevezés. A fotonikus kristály szerkezete bizonyos hullámhossz-tartományban megakadályozza benne a fényhullámok terjedését. Aztán az úgynevezett fotonrés. A fotonikus kristályok létrehozásának koncepcióját egyidejűleg 1987-ben alkották meg két amerikai kutatóközpontban.

Eli Jablonovich, a New Jersey-i Bell Communications Research munkatársa fotonikus tranzisztorokhoz szükséges anyagokon dolgozott. Ekkor találta ki a „photonic bandgap” kifejezést. Ugyanakkor Sajiv John, a Prieston Egyetem munkatársa, miközben a távközlésben használt lézerek hatékonyságának javításán dolgozott, ugyanezt a hiányosságot fedezte fel. 1991-ben Eli Yablonovich megkapta az első fotonikus kristályt. 1997-ben tömeges módszert dolgoztak ki kristályok előállítására.

A természetben előforduló háromdimenziós fotonikus kristályra példa az opál, egy példa a Morpho nemzetségbe tartozó pillangó szárnyának fotonikus rétegére. A fotonikus kristályokat azonban általában mesterségesen, laboratóriumokban készítik szilíciumból, amely szintén porózus. Felépítésük szerint egy-, két- és háromdimenziósra oszthatók. A legegyszerűbb szerkezet az egydimenziós szerkezet. Az egydimenziós fotonikus kristályok jól ismert és régóta használt dielektromos rétegek, amelyeket a beeső fény hullámhosszától függő visszaverődési együttható jellemez. Valójában ez egy Bragg-tükör, amely sok rétegből áll, váltakozó magas és alacsony törésmutatókkal. A Bragg tükör úgy működik, mint egy normál aluláteresztő szűrő, egyes frekvenciák visszaverődnek, míg mások áthaladnak. Ha a Bragg tükröt csőbe forgatod, kétdimenziós szerkezetet kapsz.

A mesterségesen létrehozott kétdimenziós fotonikus kristályok példái a fotonikus optikai szálak és a fotonikus rétegek, amelyek többszöri módosítás után a hagyományos integrált optikai rendszereknél jóval kisebb távolságra is használhatók a fényjel irányának megváltoztatására. Jelenleg két módszer létezik a fotonikus kristályok modellezésére.

первый – A PWM (síkhullám módszer) egy- és kétdimenziós struktúrákra vonatkozik, és elméleti egyenletek kiszámításából áll, beleértve a Bloch-, Faraday-, Maxwell-egyenleteket. Második A száloptikai struktúrák modellezésének módszere az FDTD (Finite Difference Time Domain) módszer, amely Maxwell-egyenletek megoldásából áll az elektromos tér és a mágneses tér időfüggésével. Ez lehetővé teszi az elektromágneses hullámok terjedésének numerikus kísérleteit adott kristályszerkezetekben. A jövőben ennek lehetővé kell tennie a fényszabályozásra használt mikroelektronikai eszközök méretéhez hasonló méretű fotonikus rendszerek előállítását.

A fotonikus kristály néhány alkalmazása:

• Lézerrezonátorok szelektív tükre,
• elosztott visszacsatoló lézerek,
• Fotonikus szálak (fotonikus kristályszálak), szálak és sík,
• Fotonikus félvezetők, ultra-fehér pigmentek,
• Megnövelt hatásfokú LED-ek, Mikrorezonátorok, Metaanyagok - bal oldali anyagok,
• Fotonikus eszközök szélessávú tesztelése,
• spektroszkópia, interferometria vagy optikai koherencia tomográfia (OCT) – erős fázishatás alkalmazásával.