光子晶体 罗拯东 光信息91 09095010
光子晶体 基本介绍与原理 1 研究与应用 2 未来发展 3
基本介绍 光子晶体是指具有光子带隙（PhotonicBand-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG光子晶体结构。
基本介绍 1987年, E.Yablonovitch和S.John分别在讨论周期性电介质结构对材料中光传播行为的影响时各自独立地提出“光子晶体”这一新概念。Yablonovitch的目的是控制材料自发辐射特性,而John则着眼于光子在无序介质里的局域化效应。由于光子晶体的许多新的性质及其广阔的应用前景,在其以后的10几年里得到了广泛的研究。并且在1999年被Science评为年度十大科技成就之一。
光子带隙 光子带隙是指在一定频率范围内的光子,在光子晶体内的某些方向是被严格禁止传播的。 在光子晶体中,由于介电常数存在空间上的周期性,对在其中传播的光波的折射率同样有周期性分布,光波的色散曲线也会形成带状周期性结构,带与带之间可能出现类似于半导体禁带的“光子带隙”。
光子带隙 光子晶体的结构 介电常数的配比 光子晶体的几何构形 产生的因素
光子局域 光子晶体的另一个重要性质是“光子局域”(photon localization)。John 于1987年提出:在一种精心设计的无序介电材料组成的超晶体中,光子呈现很强的Anderson局域。在光子晶体中,如果原有的周期性或对称性受到破坏,在其光子禁带中就有可能出现频率极窄的缺陷态,与缺陷态频率吻合的光子会被局域在出现缺陷位置,一但偏离缺陷位置光就将迅速衰减。另外,二维晶体对入射电场方向不同的ＴＥ,ＴＭ两种偏振模式的光具有不同的光子禁带。
研究与应用 近些年，光了晶体的研究大多集中在短波段的材料制备，各种情况下带隙的计算以及光子晶体器件的开发上面，由非线性电容率材料制备的非线性光子晶体的研究工作也正在开展当中，已有一些小组在进行非线性光子晶体限幅器，非线性激光器，光脉冲压缩器，光子开关，光波束分裂与合成等方面的工作。另外，1996年英国Bath大学的J.C.Knight等人提出了光子晶体光纤。这种光纤在其横截面上有许多规则排列的气孔，实际上构成二维光子晶体，而在纤芯处引入缺陷便可以导光。
未来发展 近年来，光子晶体得到了越来越多的关注和推崇。科学家们从各个方面来寻求开发应用光子晶体的途径。然而，光子晶体得到广泛应用，还需要解决以下几个问题： 1）制作可以对波长在可见光范围内的光产生BandGap的光子晶体还有很大的困难。 2）解决随意在任意位置引入需要的缺陷的问题。 3）制作高效率光子传导材料的技术问题。 4）如何将现在的电流和电压加到光子晶体上的问题。晶体结构可在外加电场和磁场控制下进行转换从而成为可调节的光子晶体。该种可调节晶体结构的光子晶体可用来制作体积微小、广泛用於遥距通讯和卫星通讯的远红外激光器，亦有助研究激发态分子的化学反应，对化工生产、药物研制及生物科技都十分重要。
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