Kryształ fotoniczny: Różnice pomiędzy wersjami
[wersja przejrzana] | [wersja przejrzana] |
m uściślenie |
|||
Linia 36: | Linia 36: | ||
[[Kategoria:Optoelektronika]] |
[[Kategoria:Optoelektronika]] |
||
[[Kategoria:Fizyka materii skondensowanej]] |
[[Kategoria:Fizyka materii skondensowanej]] |
||
[[ar:البلورات الضوئية]] |
|||
[[ca:Cristall fotònic]] |
|||
[[da:Fotonisk krystal]] |
|||
[[de:Photonischer Kristall]] |
|||
[[en:Photonic crystal]] |
|||
[[es:Cristal fotónico]] |
|||
[[fa:بلورهای فوتونیکی]] |
|||
[[fr:Cristal photonique]] |
|||
[[it:Cristallo fotonico]] |
|||
[[he:גביש פוטוני]] |
|||
[[ms:Hablur fotonik]] |
|||
[[nl:Fotonisch kristal]] |
|||
[[ja:フォトニック結晶]] |
|||
[[ru:Фотонный кристалл]] |
|||
[[sl:Fotonski kristal]] |
|||
[[vi:Tinh thể quang tử]] |
|||
[[zh:光子晶体]] |
Wersja z 01:22, 13 mar 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 lub 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 optyczny filtr pasmowy, 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].