Kristall Fotoniku

Kristall fotoniku huwa materjal modern li jikkonsisti alternattivament minn ċelluli elementari b'indiċi rifrattiv għoli u baxx u dimensjonijiet komparabbli mal-wavelength tad-dawl minn firxa spettrali partikolari. Il-kristalli foniċi jintużaw fl-optoelettronika. Huwa preżunt li l-użu ta 'kristall fotoniku se jippermetti, per eżempju. biex tikkontrolla l-propagazzjoni ta 'mewġ tad-dawl u se toħloq opportunitajiet għall-ħolqien ta' ċirkwiti integrati fotoniċi u sistemi ottiċi, kif ukoll netwerks ta 'telekomunikazzjoni b'wisa' ta 'frekwenza enormi (ta' l-ordni ta 'Pbps).

L-effett ta 'dan il-materjal fuq il-mogħdija tad-dawl huwa simili għall-effett ta' ħakk fuq il-moviment ta 'elettroni fi kristall semikonduttur. Għalhekk l-isem "kristall fotoniku". L-istruttura ta 'kristall fotoniku tipprevjeni l-propagazzjoni ta' mewġ tad-dawl ġewwa fih f'ċerta firxa ta 'tul ta' mewġ. Imbagħad l-hekk imsejħa photon gap. Il-kunċett tal-ħolqien ta 'kristalli fotoniċi nħoloq fl-istess ħin fl-1987 f'żewġ ċentri ta' riċerka tal-Istati Uniti.

Eli Jablonovich ta 'Bell Communications Research fi New Jersey ħadem fuq materjali għal transistors fotoniċi. Kien imbagħad li ħoloq it-terminu "fotonika bandgap". Fl-istess ħin, Sajiv John ta 'Prieston University, waqt li kien qed jaħdem biex ittejjeb l-effiċjenza tal-lejżers użati fit-telekomunikazzjoni, skopra l-istess vojt. Fl-1991, Eli Yablonovich irċieva l-ewwel kristall fotoniku. Fl-1997, ġie żviluppat metodu tal-massa għall-kisba tal-kristalli.

Eżempju ta 'kristall fotoniku tridimensjonali li jseħħ b'mod naturali huwa opal, eżempju tas-saff fotoniku tal-ġwienaħ ta' farfett tal-ġeneru Morpho. Madankollu, il-kristalli fotoniċi ġeneralment isiru artifiċjalment fil-laboratorji minn silikon, li huwa wkoll poruż. Skond l-istruttura tagħhom, huma maqsuma f'wieħed, żewġ u tridimensjonali. L-aktar struttura sempliċi hija l-istruttura unidimensjonali. Il-kristalli fotoniċi ta 'dimensjoni waħda huma saffi dielettriċi magħrufa u użati fit-tul, li huma kkaratterizzati minn koeffiċjent ta' riflessjoni li jiddependi fuq il-wavelength tad-dawl inċidentali. Fil-fatt, din hija mera Bragg, li tikkonsisti f'ħafna saffi b'indiċi ta 'rifrazzjoni għoljin u baxxi li jalternaw. Il-mera Bragg taħdem bħal filtru low-pass regolari, xi frekwenzi huma riflessi filwaqt li oħrajn jgħaddu. Jekk irrombla l-mera Bragg ġo tubu, ikollok struttura bidimensjonali.

Eżempji ta 'kristalli fotoniċi bidimensjonali maħluqa artifiċjalment huma fibri ottiċi fotoniċi u saffi fotoniċi, li, wara diversi modifiki, jistgħu jintużaw biex jibdlu d-direzzjoni ta' sinjal tad-dawl f'distanzi ħafna iżgħar milli f'sistemi ottiċi integrati konvenzjonali. Bħalissa hemm żewġ metodi għall-immudellar tal-kristalli fotoniċi.

первый – PWM (metodu ta 'mewġ pjan) jirreferi għal strutturi ta' dimensjoni waħda u żewġ u jikkonsisti fil-kalkolu ta 'ekwazzjonijiet teoretiċi, inklużi l-ekwazzjonijiet ta' Bloch, Faraday, Maxwell. It-tieni Il-metodu għall-immudellar ta 'strutturi tal-fibra ottika huwa l-metodu FDTD (Finite Difference Time Domain), li jikkonsisti fis-soluzzjoni tal-ekwazzjonijiet ta' Maxwell b'dipendenza fuq il-ħin għall-kamp elettriku u l-kamp manjetiku. Dan jagħmilha possibbli li jitwettqu esperimenti numeriċi dwar il-propagazzjoni ta 'mewġ elettromanjetiku fi strutturi tal-kristall partikolari. Fil-futur, dan għandu jagħmilha possibbli li jinkisbu sistemi fotoniċi b'dimensjonijiet komparabbli ma 'dawk ta' apparati mikroelettroniċi użati biex jikkontrollaw id-dawl.

Xi applikazzjonijiet tal-kristall fotoniku:

• Mirja selettivi tar-reżonaturi tal-lejżer,
• Lejżers ta' feedback distribwiti,
• Fibri fotoniċi (fibra tal-kristall fotonika), filamenti u planari,
• Semikondutturi fotoniċi, pigmenti ultra-abjad,
• LEDs b'effiċjenza akbar, Mikroresonaturi, Metamaterjali - materjali tax-xellug,
• Ittestjar tal-broadband ta' tagħmir fotoniku,
• spettroskopija, interferometrija jew tomografija ta 'koerenza ottika (OCT) - bl-użu ta' effett qawwi ta 'fażi.