Kristal fotonik

Kristal fotonik ialah bahan moden yang terdiri daripada sel asas secara bergantian dengan indeks biasan tinggi dan rendah serta dimensi yang setanding dengan panjang gelombang cahaya dari julat spektrum tertentu. Kristal fonik digunakan dalam optoelektronik. Diandaikan bahawa penggunaan kristal fotonik akan membolehkan, sebagai contoh. untuk mengawal perambatan gelombang cahaya dan akan mewujudkan peluang untuk penciptaan litar bersepadu fotonik dan sistem optik, serta rangkaian telekomunikasi dengan lebar jalur yang besar (daripada susunan Pbps).

Kesan bahan ini pada laluan cahaya adalah serupa dengan kesan parut pada pergerakan elektron dalam hablur semikonduktor. Oleh itu nama "kristal fotonik". Struktur hablur fotonik menghalang perambatan gelombang cahaya di dalamnya dalam julat panjang gelombang tertentu. Kemudian apa yang dipanggil jurang foton. Konsep mencipta kristal fotonik dicipta serentak pada tahun 1987 di dua pusat penyelidikan AS.

Eli Jablonovich dari Bell Communications Research di New Jersey bekerja pada bahan untuk transistor fotonik. Pada masa itulah dia mencipta istilah "celah jalur fotonik". Pada masa yang sama, Sajiv John dari Universiti Prieston, semasa berusaha untuk meningkatkan kecekapan laser yang digunakan dalam telekomunikasi, menemui jurang yang sama. Pada tahun 1991, Eli Yablonovich menerima kristal fotonik pertama. Pada tahun 1997, kaedah jisim untuk mendapatkan kristal telah dibangunkan.

Contoh kristal fotonik tiga dimensi yang wujud secara semula jadi ialah opal, contoh lapisan fotonik sayap rama-rama genus Morpho. Walau bagaimanapun, kristal fotonik biasanya dibuat secara buatan di makmal daripada silikon, yang juga berliang. Mengikut struktur mereka, mereka dibahagikan kepada satu, dua dan tiga dimensi. Struktur yang paling mudah ialah struktur satu dimensi. Hablur fotonik satu dimensi ialah lapisan dielektrik yang terkenal dan telah lama digunakan, yang dicirikan oleh pekali pantulan yang bergantung pada panjang gelombang cahaya kejadian. Sebenarnya, ini adalah cermin Bragg, yang terdiri daripada banyak lapisan dengan indeks biasan tinggi dan rendah berselang-seli. Cermin Bragg berfungsi seperti penapis laluan rendah biasa, beberapa frekuensi dipantulkan manakala yang lain melaluinya. Jika anda melancarkan cermin Bragg ke dalam tiub, anda mendapat struktur dua dimensi.

Contoh hablur fotonik dua dimensi yang dicipta secara buatan ialah gentian optik fotonik dan lapisan fotonik, yang, selepas beberapa pengubahsuaian, boleh digunakan untuk menukar arah isyarat cahaya pada jarak yang jauh lebih kecil daripada sistem optik bersepadu konvensional. Pada masa ini terdapat dua kaedah untuk memodelkan kristal fotonik.

первый – PWM (kaedah gelombang satah) merujuk kepada struktur satu dan dua dimensi dan terdiri dalam pengiraan persamaan teori, termasuk persamaan Bloch, Faraday, Maxwell. Kedua Kaedah untuk memodelkan struktur gentian optik ialah kaedah FDTD (Domain Masa Perbezaan Terhad), yang terdiri dalam menyelesaikan persamaan Maxwell dengan pergantungan masa untuk medan elektrik dan medan magnet. Ini memungkinkan untuk menjalankan eksperimen berangka pada perambatan gelombang elektromagnet dalam struktur kristal tertentu. Pada masa hadapan, ini sepatutnya memungkinkan untuk mendapatkan sistem fotonik dengan dimensi yang setanding dengan peranti mikroelektronik yang digunakan untuk mengawal cahaya.

Beberapa aplikasi kristal fotonik:

• Cermin terpilih resonator laser,
• laser maklum balas yang diedarkan,
• Gentian fotonik (gentian kristal fotonik), filamen dan planar,
• Semikonduktor fotonik, pigmen ultra-putih,
• LED dengan peningkatan kecekapan, Mikroresonator, Metamaterial - bahan kiri,
• Ujian jalur lebar peranti fotonik,
• spektroskopi, interferometri atau tomografi koheren optik (OCT) - menggunakan kesan fasa yang kuat.