Photonic na kristal

Ang isang photonic na kristal ay isang modernong materyal na binubuo ng halili ng mga elementary cell na may mataas at mababang refractive index at mga sukat na maihahambing sa wavelength ng liwanag mula sa isang partikular na spectral range. Ginagamit ang mga Phonic crystal sa optoelectronics. Ipinapalagay na ang paggamit ng isang photonic na kristal ay magpapahintulot, halimbawa. upang kontrolin ang pagpapalaganap ng isang light wave at lilikha ng mga pagkakataon para sa paglikha ng mga photonic integrated circuit at optical system, pati na rin ang mga network ng telekomunikasyon na may malaking bandwidth (sa pagkakasunud-sunod ng Pbps).

Ang epekto ng materyal na ito sa landas ng liwanag ay katulad ng epekto ng isang rehas na bakal sa paggalaw ng mga electron sa isang semiconductor na kristal. Kaya ang pangalan na "photonic crystal". Pinipigilan ng istraktura ng isang photonic crystal ang pagpapalaganap ng mga light wave sa loob nito sa isang tiyak na hanay ng mga wavelength. Tapos yung tinatawag na photon gap. Ang konsepto ng paglikha ng mga photonic crystal ay nilikha nang sabay-sabay noong 1987 sa dalawang sentro ng pananaliksik sa US.

Si Eli Jablonovich ng Bell Communications Research sa New Jersey ay nagtrabaho sa mga materyales para sa photonic transistors. Noon niya nabuo ang katagang "photonic bandgap". Kasabay nito, si Sajiv John ng Prieston University, habang nagtatrabaho upang mapabuti ang kahusayan ng mga laser na ginagamit sa telekomunikasyon, ay natuklasan ang parehong puwang. Noong 1991, natanggap ni Eli Yablonovich ang unang photonic crystal. Noong 1997, isang paraan ng masa para sa pagkuha ng mga kristal ay binuo.

Ang isang halimbawa ng isang natural na nagaganap na three-dimensional na photonic crystal ay opal, isang halimbawa ng photonic layer ng pakpak ng isang butterfly ng genus Morpho. Gayunpaman, ang mga kristal na photonic ay kadalasang ginawang artipisyal sa mga laboratoryo mula sa silikon, na buhaghag din. Ayon sa kanilang istraktura, nahahati sila sa isa-, dalawa- at tatlong-dimensional. Ang pinakasimpleng istraktura ay ang isang-dimensional na istraktura. Ang mga one-dimensional na photonic crystal ay kilala at matagal nang ginagamit na mga dielectric na layer, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang reflection coefficient na nakasalalay sa wavelength ng liwanag ng insidente. Sa katunayan, ito ay isang Bragg mirror, na binubuo ng maraming mga layer na may alternating mataas at mababang refractive index. Ang salamin ng Bragg ay gumagana tulad ng isang regular na low-pass na filter, ang ilang mga frequency ay ipinapakita habang ang iba ay ipinapasa. Kung igulong mo ang salamin ng Bragg sa isang tubo, makakakuha ka ng dalawang-dimensional na istraktura.

Ang mga halimbawa ng artipisyal na nilikha na dalawang-dimensional na photonic na kristal ay mga photonic optical fiber at photonic layer, na, pagkatapos ng ilang mga pagbabago, ay maaaring gamitin upang baguhin ang direksyon ng isang light signal sa mga distansyang mas maliit kaysa sa conventional integrated optics system. Sa kasalukuyan ay may dalawang pamamaraan para sa pagmomodelo ng mga kristal na photonic.

первый – Ang PWM (plane wave method) ay tumutukoy sa isa at dalawang-dimensional na istruktura at binubuo sa pagkalkula ng mga teoretikal na equation, kabilang ang mga Bloch, Faraday, Maxwell equation. Pangalawa Ang pamamaraan para sa pagmomodelo ng mga istruktura ng fiber optic ay ang paraan ng FDTD (Finite Difference Time Domain), na binubuo sa paglutas ng mga equation ni Maxwell na may dependence sa oras para sa electric field at magnetic field. Ginagawa nitong posible na magsagawa ng mga numerical na eksperimento sa pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa mga ibinigay na istrukturang kristal. Sa hinaharap, dapat nitong gawing posible ang pagkuha ng mga photonic system na may mga sukat na maihahambing sa mga microelectronic device na ginagamit upang kontrolin ang liwanag.

Ang ilang mga aplikasyon ng photonic crystal:

• Mga piling salamin ng laser resonator,
• ipinamahagi ang feedback lasers,
• Photonic fibers (photonic crystal fiber), filament at planar,
• Photonic semiconductors, ultra-white pigments,
• Mga LED na may mas mataas na kahusayan, Microresonators, Metamaterials - kaliwang materyales,
• Pagsubok sa broadband ng mga photonic device,
• spectroscopy, interferometry o optical coherence tomography (OCT) - gamit ang isang malakas na phase effect.