Фотонски кристал

Фотонски кристал е модерен материјал кој се состои наизменично од елементарни ќелии со висок и низок индекс на рефракција и димензии споредливи со брановата должина на светлината од даден спектрален опсег. Фонските кристали се користат во оптоелектрониката. Се претпоставува дека употребата на фотонски кристал ќе овозможи, на пример. да го контролира ширењето на светлосниот бран и ќе создаде можности за создавање на фотонски интегрирани кола и оптички системи, како и телекомуникациски мрежи со огромен пропусен опсег (од редот на Pbps).

Ефектот на овој материјал на патеката на светлината е сличен на ефектот на решетка врз движењето на електроните во полупроводнички кристал. Оттука и името „фотоничен кристал“. Структурата на фотонски кристал го спречува ширењето на светлосните бранови во него во одреден опсег на бранови должини. Потоа таканаречениот фотонски јаз. Концептот за создавање фотонски кристали беше создаден истовремено во 1987 година во два американски истражувачки центри.

Ели Јаблонович од Bell Communications Research во Њу Џерси работеше на материјали за фотонски транзистори. Тогаш го измислил терминот „фотоничен бандаж“. Во исто време, Сајив Џон од Универзитетот Пристон, додека работеше на подобрување на ефикасноста на ласерите што се користат во телекомуникациите, ја откри истата празнина. Во 1991 година, Ели Јаблонович го доби првиот фотонски кристал. Во 1997 година беше развиен масовен метод за добивање кристали.

Пример за природен тродимензионален фотонски кристал е опалот, пример за фотонскиот слој на крилото на пеперутката од родот Morpho. Сепак, фотонските кристали обично се прават вештачки во лаборатории од силициум, кој исто така е порозен. Според нивната структура, тие се поделени на едно-, дво- и три-димензионални. Наједноставната структура е еднодимензионалната структура. Еднодимензионалните фотонски кристали се добро познати и долго користени диелектрични слоеви, кои се карактеризираат со коефициент на рефлексија кој зависи од брановата должина на упадната светлина. Всушност, ова е огледало на Брег, кое се состои од многу слоеви со наизменични високи и ниски индекси на рефракција. Огледалото Браг работи како обичен нископропусен филтер, некои фреквенции се рефлектираат додека други се пренесуваат низ. Ако го превртите огледалото на Браг во цевка, добивате дводимензионална структура.

Примери за вештачки создадени дводимензионални фотонски кристали се фотонски оптички влакна и фотонски слоеви, кои, по неколку модификации, може да се користат за промена на насоката на светлосниот сигнал на растојанија многу помали отколку во конвенционалните интегрирани оптички системи. Во моментов постојат два методи за моделирање на фотонски кристали.

первый – PWM (метод на рамнински бранови) се однесува на еднодимензионални и дводимензионални структури и се состои во пресметување на теоретски равенки, вклучувајќи ги равенките Блох, Фарадеј, Максвел. Вториот Методот за моделирање на структури на оптички влакна е методот FDTD (домен на време на конечни разлики), кој се состои во решавање на Максвеловите равенки со временска зависност за електричното поле и магнетното поле. Ова овозможува да се спроведат нумерички експерименти за ширење на електромагнетни бранови во дадени кристални структури. Во иднина, ова треба да овозможи добивање фотонски системи со димензии споредливи со оние на микроелектронските уреди што се користат за контрола на светлината.

Некои апликации на фотонски кристал:

• Селективни огледала на ласерски резонатори,
• дистрибуирани ласери за повратни информации,
• Фотонски влакна (фотонски кристални влакна), филаменти и рамни,
• Фотонски полупроводници, ултра бели пигменти,
• LED диоди со зголемена ефикасност, Микрорезонатори, Метаматеријали - леви материјали,
• Тестирање на широкопојасен интернет на фотонски уреди,
• спектроскопија, интерферометрија или оптичка кохерентна томографија (OCT) - користејќи силен фазен ефект.