Фотонски кристал

Фотонски кристал је модеран материјал који се састоји наизменично од елементарних ћелија са високим и ниским индексом преламања и димензијама упоредивим са таласном дужином светлости из датог спектралног опсега. Фонички кристали се користе у оптоелектроници. Претпоставља се да ће употреба фотонског кристала омогућити нпр. да контролише ширење светлосног таласа и створиће могућности за стварање фотонских интегрисаних кола и оптичких система, као и телекомуникационих мрежа са огромним пропусним опсегом (реда Пбпс).

Ефекат овог материјала на путању светлости је сличан утицају решетке на кретање електрона у полупроводничком кристалу. Отуда и назив "фотонски кристал". Структура фотонског кристала спречава ширење светлосних таласа унутар њега у одређеном опсегу таласних дужина. Затим такозвани фотонски јаз. Концепт стварања фотонских кристала настао је истовремено 1987. године у два америчка истраживачка центра.

Ели Јаблонович из Белл Цоммуницатионс Ресеарцх у Њу Џерсију радио је на материјалима за фотонске транзисторе. Тада је сковао термин "фотонски појас". У исто време, Сајив Џон са Универзитета Пристон, док је радио на побољшању ефикасности ласера ​​који се користе у телекомуникацијама, открио је исти јаз. 1991. Ели Јаблонович је добио први фотонски кристал. Године 1997. развијена је масовна метода за добијање кристала.

Пример природног тродимензионалног фотонског кристала је опал, пример фотонског слоја крила лептира из рода Морпхо. Међутим, фотонски кристали се обично праве вештачки у лабораторијама од силицијума, који је такође порозан. По својој структури деле се на једно-, дво- и тродимензионалне. Најједноставнија структура је једнодимензионална структура. Једнодимензионални фотонски кристали су добро познати и дуго коришћени диелектрични слојеви, који се одликују коефицијентом рефлексије који зависи од таласне дужине упадне светлости. У ствари, ово је Брегово огледало, које се састоји од много слојева са наизменичним високим и ниским индексима преламања. Брегово огледало ради као обичан нископропусни филтер, неке фреквенције се рефлектују, док се друге пропуштају. Ако умотате Брегово огледало у цев, добићете дводимензионалну структуру.

Примери вештачки створених дводимензионалних фотонских кристала су фотонска оптичка влакна и фотонски слојеви, који се после неколико модификација могу користити за промену смера светлосног сигнала на удаљеностима знатно мањим него у конвенционалним интегрисаним оптичким системима. Тренутно постоје две методе за моделовање фотонских кристала.

первыи – ПВМ (метода равних таласа) се односи на једнодимензионалне и дводимензионалне структуре и састоји се у прорачуну теоријских једначина, укључујући Блохове, Фарадејеве, Максвелове једначине. Други Метода за моделовање оптичких структура је ФДТД (Фините Дифференце Тиме Домаин) метода, која се састоји у решавању Максвелових једначина са временском зависношћу за електрично поље и магнетно поље. Ово омогућава извођење нумеричких експеримената на ширењу електромагнетних таласа у датим кристалним структурама. У будућности би то требало да омогући добијање фотонских система са димензијама упоредивим са микроелектронским уређајима који се користе за контролу светлости.

Неке примене фотонског кристала:

• Селективна огледала ласерских резонатора,
• дистрибуирани ласери са повратном спрегом,
• Фотонска влакна (фотонска кристална влакна), филаменти и равни,
• Фотонски полупроводници, ултра-бели пигменти,
• ЛЕД диоде са повећаном ефикасношћу, микрорезонатори, метаматеријали - леви материјали,
• Широкопојасно тестирање фотонских уређаја,
• спектроскопија, интерферометрија или оптичка кохерентна томографија (ОЦТ) - коришћењем снажног фазног ефекта.