Fotonisk krystal
En fotonisk krystal er et moderne materiale, der skiftevis består af elementære celler med et højt og lavt brydningsindeks og dimensioner, der kan sammenlignes med lysets bølgelængde fra et givet spektralområde. Foniske krystaller bruges i optoelektronik. Det antages, at brugen af en fotonisk krystal vil tillade f.eks. at styre udbredelsen af en lysbølge og vil skabe muligheder for at skabe fotoniske integrerede kredsløb og optiske systemer samt telekommunikationsnetværk med en enorm båndbredde (i størrelsesordenen Pbps).
Virkningen af dette materiale på lysets vej svarer til effekten af et gitter på elektronernes bevægelse i en halvlederkrystal. Deraf navnet "fotonisk krystal". Strukturen af en fotonisk krystal forhindrer udbredelsen af lysbølger i den i et bestemt bølgelængdeområde. Derefter det såkaldte fotongab. Konceptet med at skabe fotoniske krystaller blev skabt samtidigt i 1987 i to amerikanske forskningscentre.
Eli Jablonovich fra Bell Communications Research i New Jersey arbejdede på materialer til fotoniske transistorer. Det var dengang, han opfandt udtrykket "fotonisk bandgap". Samtidig opdagede Sajiv John fra Prieston University, mens han arbejdede på at forbedre effektiviteten af lasere, der bruges i telekommunikation, det samme hul. I 1991 modtog Eli Yablonovich den første fotoniske krystal. I 1997 blev en massemetode til at opnå krystaller udviklet.
Et eksempel på en naturligt forekommende tredimensionel fotonisk krystal er opal, et eksempel på det fotoniske lag af vingen af en sommerfugl af slægten Morpho. Imidlertid fremstilles fotoniske krystaller normalt kunstigt i laboratorier af silicium, som også er porøst. Ifølge deres struktur er de opdelt i en-, to- og tredimensionelle. Den enkleste struktur er den endimensionelle struktur. Endimensionelle fotoniske krystaller er velkendte og længe brugte dielektriske lag, som er karakteriseret ved en refleksionskoefficient, der afhænger af bølgelængden af det indfaldende lys. Faktisk er dette et Bragg-spejl, der består af mange lag med skiftende høje og lave brydningsindekser. Bragg-spejlet fungerer som et almindeligt lavpasfilter, nogle frekvenser reflekteres, mens andre passeres igennem. Hvis du ruller Bragg-spejlet ind i et rør, får du en todimensionel struktur.
Eksempler på kunstigt skabte todimensionelle fotoniske krystaller er fotoniske optiske fibre og fotoniske lag, som efter flere modifikationer kan bruges til at ændre retningen af et lyssignal ved afstande meget mindre end i konventionelle integrerede optiske systemer. Der er i øjeblikket to metoder til modellering af fotoniske krystaller.
первый – PWM (planbølgemetode) refererer til en- og todimensionelle strukturer og består i beregningen af teoretiske ligninger, herunder Bloch-, Faraday-, Maxwell-ligningerne. Second Metoden til modellering af fiberoptiske strukturer er FDTD (Finite Difference Time Domain) metoden, som består i at løse Maxwells ligninger med en tidsafhængighed for det elektriske felt og magnetfelt. Dette gør det muligt at udføre numeriske eksperimenter på udbredelsen af elektromagnetiske bølger i givne krystalstrukturer. Dette skulle i fremtiden gøre det muligt at opnå fotoniske systemer med dimensioner, der kan sammenlignes med dem for mikroelektroniske enheder, der bruges til at styre lys.
Nogle anvendelser af fotonisk krystal:
- Selektive spejle af laserresonatorer,
- distribuerede feedback lasere,
- Fotoniske fibre (fotoniske krystalfibre), filamenter og plane,
- Fotoniske halvledere, ultrahvide pigmenter,
- LED'er med øget effektivitet, Mikroresonatorer, Metamaterialer - venstre materialer,
- Bredbåndstest af fotoniske enheder,
- spektroskopi, interferometri eller optisk kohærenstomografi (OCT) - ved brug af en stærk faseeffekt.
