光子晶體是一種控制光的材料，可以做成
1.光學波導、腔體、光子晶體光纖、高效率發光二極體、單色光發光二極體
2.高反鏡、fp濾波器、分布反饋雷射器、
光子晶體超稜鏡
低閾值雷射振盪（利用抑制自發輻射的特性）
採用擾動光子晶體也可得到極窄帶通的濾波器
y光子晶體波導分光器、耦合器,以及分支波導
光學偏振控制器
光子晶體光開關和光延時器
1.光子禁帶
利用光子晶體控制原子自發輻射的特性,可以用來製作低損耗、寬頻帶的光反射鏡,製作量子效率高的發光二極體等;還可以用來製作濾波器,實現對光子濾波效能。反過來,光子晶體也可以增強自發輔射,只要增加該頻率光子的態的數目便可實現。如在光子晶體中引入雜質,光子禁帶中將出現高品質因子的雜質態,有很大的態密度,使自發輻射得到增強。
2.光子局域
光子晶體的另乙個重要特性是「光子局域性」,如同在半導體材料中引入缺陷結構後電子、空穴能被缺陷所俘獲一樣,在光子晶體中也引入某種缺陷或雜質,光子晶體原有的對稱性或週期性受到破壞,結果在光子禁帶中可能會出現頻率極窄的缺陷態,頻率在缺陷態頻率範圍的光子就會被局域在缺陷位置,當其偏離缺陷位置,光就會迅速衰減[,這一特性稱之為光子局域。對於其內部的光來說是個陷講,而對其外部的光來說則是個完美的反射體。
研究歷史
在2023年以前,詳盡的研究主要集中在一維光子晶體,即規則排列的多層半導體材料上(例如布拉格反射鏡)。
從1887[4]瑞利(lord rayleigh)開始研究一維晶體,發現這種結構具有一維光子禁帶,即對於一定波長範圍的波具有極大的反射率。今天,這種結構被廣泛應用於各種各樣的領域,從反射鏡表面的高反膜到布拉格光纖中布拉格光柵,實際上可看成是一維光子晶體。
2023年,bykov[5]第一次研究了鑲嵌光子晶體中的原子自發發射受光子禁帶的影響現象,還推測了自發發射受二維和三維光子晶體的光子禁帶影響。
2023年,美國bell實驗室的e.yablonovitch[2】和princeton大學的s.john[3]分布在研究材料的輻射性質和無序電介質材料中的光子局域時,各自獨立地提出了 「光子晶體(photonic crystal)」這一全新概念,發現介電常數呈週期性變化的結構會使光的傳播特性發生變化,光子晶體的出現,使人們操縱和控制光子的夢想成為可能。
2023年,thomas krauss製作出世界上第乙個在光學尺寸上的二維光子晶體,他成功地幵闢了一條新道路,即利用已有的半導體工業技術來製造半導體材料的光子晶體。這種光子晶體在結構上最為簡單,易於製備,目前在光纖和半導體雷射器中已得到應用。
由j.a.oswald等製作的金屬介質複合型光子晶體可以完全濾掉從低頻(頻率接近ohz)到紅外波段的電磁波,傳統濾波器是難以實現這種大範圍濾波作用的。
[2] yablonovitch e. inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electroiucs[j].physical review letters, 1987,58(20): 2059-2062.
[3] john s_ strong localization of photon in certain disordered dielectric super lattice[j]. phys rev lett,1987, 58 (23) : 2486-2489.
晶體振盪電路的應用
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