Fotoniese kristal

'n Fotoniese kristal is 'n moderne materiaal wat afwisselend uit elementêre selle bestaan ​​met 'n hoë en lae brekingsindeks en afmetings wat vergelykbaar is met die golflengte van lig van 'n gegewe spektrale reeks. Foniese kristalle word in opto-elektronika gebruik. Daar word aanvaar dat die gebruik van 'n fotoniese kristal bv. om die voortplanting van 'n liggolf te beheer en sal geleenthede skep vir die skepping van fotoniese geïntegreerde stroombane en optiese stelsels, sowel as telekommunikasienetwerke met 'n groot bandwydte (van die orde van Pbps).

Die effek van hierdie materiaal op die pad van lig is soortgelyk aan die effek van 'n rooster op die beweging van elektrone in 'n halfgeleierkristal. Vandaar die naam "fotoniese kristal". Die struktuur van 'n fotoniese kristal verhoed die voortplanting van liggolwe binne 'n sekere reeks golflengtes. Dan die sogenaamde foton gaping. Die konsep om fotoniese kristalle te skep is gelyktydig in 1987 in twee Amerikaanse navorsingsentrums geskep.

Eli Jablonovich van Bell Communications Research in New Jersey het aan materiaal vir fotoniese transistors gewerk. Dit was toe dat hy die term "fotoniese bandgap" geskep het. Terselfdertyd het Sajiv John van die Prieston Universiteit, terwyl hy gewerk het om die doeltreffendheid van lasers wat in telekommunikasie gebruik word te verbeter, dieselfde gaping ontdek. In 1991 het Eli Yablonovich die eerste fotoniese kristal ontvang. In 1997 is 'n massametode vir die verkryging van kristalle ontwikkel.

'n Voorbeeld van 'n natuurlik voorkomende driedimensionele fotoniese kristal is opaal, 'n voorbeeld van die fotoniese laag van die vlerk van 'n skoenlapper van die genus Morpho. Fotoniese kristalle word egter gewoonlik kunsmatig in laboratoriums gemaak van silikon, wat ook poreus is. Volgens hul struktuur word hulle in een-, twee- en driedimensionele verdeel. Die eenvoudigste struktuur is die eendimensionele struktuur. Eendimensionele fotoniese kristalle is bekende en langgebruikte diëlektriese lae, wat gekenmerk word deur 'n refleksiekoëffisiënt wat afhang van die golflengte van die invallende lig. Trouens, dit is 'n Bragg-spieël, wat bestaan ​​uit baie lae met afwisselende hoë en lae brekingsindekse. Die Bragg-spieël werk soos 'n gewone laagdeurlaatfilter, sommige frekwensies word weerkaats terwyl ander deurgelaat word. As jy die Bragg-spieël in 'n buis rol, kry jy 'n tweedimensionele struktuur.

Voorbeelde van kunsmatig geskepte tweedimensionele fotoniese kristalle is fotoniese optiese vesels en fotoniese lae, wat, na verskeie modifikasies, gebruik kan word om die rigting van 'n ligsein te verander op afstande wat baie kleiner is as in konvensionele geïntegreerde optiese stelsels. Daar is tans twee metodes vir die modellering van fotoniese kristalle.

eerste – PWM (vlakgolfmetode) verwys na een- en tweedimensionele strukture en bestaan ​​uit die berekening van teoretiese vergelykings, insluitend die Bloch-, Faraday-, Maxwell-vergelykings. Tweede Die metode vir die modellering van optieseveselstrukture is die FDTD (Finite Difference Time Domain) metode, wat bestaan ​​uit die oplossing van Maxwell se vergelykings met 'n tydafhanklikheid vir die elektriese veld en magnetiese veld. Dit maak dit moontlik om numeriese eksperimente uit te voer oor die voortplanting van elektromagnetiese golwe in gegewe kristalstrukture. In die toekoms behoort dit dit moontlik te maak om fotoniese stelsels te verkry met afmetings wat vergelykbaar is met dié van mikro-elektroniese toestelle wat gebruik word om lig te beheer.

Sommige toepassings van fotoniese kristal:

• Selektiewe spieëls van laserresonators,
• verspreide terugvoerlasers,
• Fotoniese vesels (fotoniese kristalvesel), filamente en planêre,
• Fotoniese halfgeleiers, ultra-wit pigmente,
• LED's met verhoogde doeltreffendheid, mikroresonators, metamateriale - links materiaal,
• Breëbandtoetsing van fotoniese toestelle,
• spektroskopie, interferometrie of optiese koherensie-tomografie (OKT) - met behulp van 'n sterk fase-effek.