Kryształ fotoniczny: Różnice pomiędzy wersjami
[wersja przejrzana] | [wersja przejrzana] |
zmiany] |
poprawiony i uściślony język definicji |
||
Linia 1: | Linia 1: | ||
[[Plik:Opal Armband 800pix.jpg|thumb|250px|Bransoletka z minerałem [[Opal (minerał)|opalu]], który posiada naturalną strukturę periodyczną, dzięki której występuje zjawisko [[iryzacja|iryzacji]]]] |
[[Plik:Opal Armband 800pix.jpg|thumb|250px|Bransoletka z minerałem [[Opal (minerał)|opalu]], który posiada naturalną strukturę periodyczną, dzięki której występuje zjawisko [[iryzacja|iryzacji]]]] |
||
[[plik:Dimensionphc.png|thumb|Jednowymiarowa, dwuwymiarowa i trójwymiarowa struktura fotoniczna]] |
[[plik:Dimensionphc.png|thumb|Jednowymiarowa, dwuwymiarowa i trójwymiarowa struktura fotoniczna]] |
||
'''Kryształ fotoniczny''' – optyczna nanostruktura o periodycznie zmieniającym się [[współczynnik załamania światła|współczynniku załamania światła]] |
'''Kryształ fotoniczny''' – optyczna nanostruktura o periodycznie zmieniającym się [[współczynnik załamania światła|współczynniku załamania światła]], która wpływa na ruch fotonów podobnie jak struktura krystaliczna półprzewodnika na ruch elektronów. |
||
Kryształy fotoniczne występują w naturze, mogą być wytwarzane sztucznie. W krysztale fotonicznym, podobnie jak w półprzewodniku może wystąpić fotoniczna przerwa zabroniona. |
Kryształy fotoniczne występują w naturze, mogą być wytwarzane sztucznie. W krysztale fotonicznym, podobnie jak w półprzewodniku może wystąpić fotoniczna przerwa zabroniona. |
Wersja z 23:44, 7 sty 2013
Kryształ fotoniczny – optyczna nanostruktura o periodycznie zmieniającym się współczynniku załamania światła, która wpływa na ruch fotonów podobnie jak struktura krystaliczna półprzewodnika na ruch elektronów.
Kryształy fotoniczne występują w naturze, mogą być wytwarzane sztucznie. W krysztale fotonicznym, podobnie jak w półprzewodniku może wystąpić fotoniczna przerwa zabroniona.
Kryształy fotoniczne zwykle wytwarzane są w laboratoriach, ale występują również w przyrodzie (np. opal). Koncepcja stworzenia kryształów fotonicznych powstała jednocześnie w 1987 w dwóch ośrodkach badawczych na terenie USA. Pierwszy – Eli Yablonovitch (Bell Communications Research w New Jersey) pracował nad materiałami dla tranzystorów fotonicznych – sformułował pojęcie fotoniczna przerwa wzbroniona (ang. photonic bandgap). W tym samym czasie – Sajeev John (Priceton University) pracował nad zwiększeniem wydajności laserów stosowanych w telekomunikacji – odkrył tę samą przerwę. W 1991 roku Eli Yablonovith uzyskał pierwszy kryształ fotoniczny. W 1997 roku opracowana została masowa metoda wytwarzania kryształów (Shanhui Fan, John D. Joannopoulos).
Obecnie wytwarzane są struktury fotoniczne z przerwą fotoniczną dla długości fal elektromagnetycznych z zakresu widzialnego (400–700 nm). Przerwa fotoniczna występuje dla fal o długościach zbliżonych do okresu rozkładu współczynnika załamania – w przypadku fal widzialnych oznacza to, że na jeden okres rozkładu współczynnika załamania przypada ilość rzędu 1000 warstw atomowych. Występowanie fotonicznej przerwy wzbronionej jest analogiczne jak w przypadku półprzewodników (Równanie Schrödingera). Kryształy fotoniczne wytwarzane są m.in. z krzemu, również porowatego. Ze względu na budowę, kryształy fotoniczne dzieli się na jedno-, dwu- i trójwymiarowe. Najprostsza struktura to struktura jednowymiarowa. Jest to w istocie zwierciadło Bragga złożone z wielu warstw na przemian o dużym i małym współczynniku załamania światła. Zwierciadło Bragga działa jak zwykły filtr przepustowy, pewne częstotliwości są odbijane, a inne przepuszczane. Jeżeli zwiniemy zwierciadło Bragga w rurkę to otrzymamy strukturę dwuwymiarową.
Do modelowania pola elektromagnetycznego w kryształach fotonicznych stosuje się wiele metod znanych z innych dziedzin optyki czy elektrodynamiki. Wymienić tu można: metodę fal płaskich – PWM (ang. Plane wave method), metodę różnic skończonych w dziedzinie czasu FDTD (z ang. Finite Difference Time Domain), polegającą na numerycznym rozwiązywaniu równań Maxwella z zależnością czasową dla pola elektrycznego i pola magnetycznego, metodę momentów, wraz z jej licznymi odmianami, a także inne liczne metody półanalityczne i w pełni analityczne. Jak do tej pory, analityczne rozwiązanie równań Maxwella zostało znalezione tylko w najprostszym, jednowymiarowym krysztale fotonicznym.
Niektóre zastosowania:
- Zwierciadła selektywne rezonatorów laserowych,
- Lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym,
- Światłowody fotoniczne (photonic crystal fiber), włóknowe i planarne,
- Półprzewodniki fotoniczne,
- Ultrabiałe pigmenty,
- Diody elektroluminescencyjne o zwiększonej sprawności,
- Mikrorezonatory,
- Metamateriały – materiały lewoskrętne,
- Szerokopasmowe testowanie urządzeń fotonicznych, spektroskopia, interferometria czy koherentna tomografia optyczna (OCT) – wykorzystanie silnego efektu przesunięcia fazowego.
Wytwarzanie w Polsce
W Polsce prace nad wytwarzaniem i modelowaniem kryształów i światłowodów fotonicznych są prowadzone w UMCS w Lublinie, na Politechnice Wrocławskiej[1], Politechnice Łódzkiej w Instytucie Fizyki[2], Politechnice Warszawskiej[3] oraz na UW Zakład Optyki Informacyjnej[4] i w ITME w Warszawie[5].