Kryształ fotoniczny: Różnice pomiędzy wersjami

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
Paweł Ziemian BOT (dyskusja | edycje)
Boty
1 384 060 edycji
m Dodaję nagłówek przed Szablon:Przypisy
poprawki
Linia 1: Linia 1:
[[Plik:Opal Armband 800pix.jpg|mały|250px|Bransoletka z minerałem [[Opal (minerał)|opalu]], który posiada naturalną strukturę periodyczną, dzięki której występuje zjawisko [[iryzacja|iryzacji]]]]
[[Plik:Opal Armband 800pix.jpg|mały|260px|Bransoletka z [[opal]]em, mającym naturalną budowę periodyczną, dzięki której występuje zjawisko [[iryzacja|iryzacji]]]]
[[Plik:Dimensionphc.png|mały|Jednowymiarowa, dwuwymiarowa i trójwymiarowa struktura fotoniczna]]
[[Plik:Dimensionphc.png|mały|Jednowymiarowa, dwuwymiarowa i trójwymiarowa struktura fotoniczna]]
'''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.
'''Kryształ fotoniczny''' – optyczna nanostruktura o periodycznie zmieniającym się [[współczynnik załamania|współczynniku załamania światła]], która wpływa na ruch fotonów podobnie jak struktura krystaliczna [[półprzewodniki|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 występują w naturze lub mogą być wytwarzane sztucznie. W krysztale fotonicznym, podobnie jak w półprzewodniku może wystąpić fotoniczna przerwa zabroniona.


[[Faza krystaliczna|Kryształy]] fotoniczne zwykle wytwarzane są w laboratoriach, ale występują również w przyrodzie (np. [[Opal (minerał)|opal]]). Koncepcja stworzenia kryształów fotonicznych powstała jednocześnie w [[1987]] w dwóch ośrodkach badawczych na terenie [[Stany Zjednoczone|USA]]. Pierwszy – [[Eli Yablonovitch]] (Bell Communications Research w [[New Jersey]]) pracował nad materiałami dla [[tranzystor]]ów fotonicznych – sformułował pojęcie '''fotoniczna przerwa wzbroniona''' ([[język angielski|ang.]] ''photonic bandgap''). W tym samym czasie – [[Sajeev John]] (Priceton University) pracował nad zwiększeniem wydajności [[laser]]ów stosowanych w [[telekomunikacja|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]]).
[[Ciało krystaliczne|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 Stanów Zjednoczonych. Pierwszy – [[Eli Yablonovitch]] (Bell Communications Research w [[New Jersey]]) pracował nad materiałami dla [[tranzystor]]ów fotonicznych – sformułował pojęcie '''fotoniczna przerwa wzbroniona''' (ang. ''photonic bandgap''). W tym samym czasie – [[Sajeev John]] (Priceton University) pracował nad zwiększeniem wydajności [[laser]]ów 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 [[długość fali|długości fal]] [[fala elektromagnetyczna|elektromagnetycznych]] z zakresu widzialnego (400–700 [[nanometr|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 [[przerwa wzbroniona|przerwy wzbronionej]] jest analogiczne jak w przypadku [[półprzewodnik]]ów ([[Równanie Schrödingera]]). Kryształy fotoniczne wytwarzane są m.in. z [[krzem]]u, 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 [[William Lawrence Bragg|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.
Obecnie wytwarzane są struktury fotoniczne z przerwą fotoniczną dla [[długość fali|długości fal]] elektromagnetycznych z zakresu widzialnego (400–700 [[nanometr|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 [[przerwa energetyczna|przerwy zabronionej]] 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 [rozproszony reflektor Bragga|zwierciadło Bragga]] złożone z wielu warstw na przemian o dużym i małym współczynniku załamania światła. Działa ono jak optyczny filtr pasmowy: pewne częstotliwości są odbijane, a inne przepuszczane. Jeżeli zwinie się zwierciadło Bragga w rurkę, powstanie struktura dwuwymiarowa.


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 ([[język angielski|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 [[pole elektryczne|pola elektrycznego]] i [[pole magnetyczne|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.
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 [[pole elektryczne|pola elektrycznego]] i [[pole magnetyczne|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:'''
'''Niektóre zastosowania:'''
* Zwierciadła selektywne rezonatorów laserowych,
* zwierciadła selektywne rezonatorów laserowych
* Lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym,
* lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym
* [[Światłowód|Światłowody]] fotoniczne (''[[photonic crystal fiber]]''), włóknowe i planarne,
* [[światłowód fotoniczny|światłowody fotoniczne]], włóknowe i planarne
* [[Półprzewodnik]]i fotoniczne,
* półprzewodniki fotoniczne
* Ultrabiałe [[Substancje barwiące|pigmenty]],
* ultrabiałe [[Substancje barwiące|pigmenty]]
* [[Dioda|Diody]] elektroluminescencyjne o zwiększonej sprawności,
* [[dioda elektroluminescencyjna|diody elektroluminescencyjne]] o zwiększonej sprawności
* [[Mikrorezonator]]y,
* [[mikrorezonator]]y
* Metamateriały – materiały lewoskrętne,
* [[metamateriał]]y – materiały lewoskrętne
* Szerokopasmowe testowanie urządzeń fotonicznych, spektroskopia, interferometria czy [[Optyczna tomografia koherencyjna|koherentna tomografia optyczna (OCT)]] – wykorzystanie silnego efektu przesunięcia fazowego.
* szerokopasmowe testowanie urządzeń fotonicznych, spektroskopia, interferometria czy [[optyczna tomografia koherencyjna]] – wykorzystanie silnego efektu przesunięcia fazowego.


== Wytwarzanie w Polsce ==
== Wytwarzanie w Polsce ==
W Polsce prace nad wytwarzaniem i modelowaniem kryształów i światłowodów fotonicznych są prowadzone w UMCS w [[Lublin]]ie, na Politechnice Wrocławskiej<ref> http://www.wemif.pwr.wroc.pl/photonicsgroup/], [http://www.if.pwr.wroc.pl/instytut/labe/labe/labe.html]</ref>, Politechnice Łódzkiej w Instytucie Fizyki<ref>{{Cytuj | url=http://phys.p.lodz.pl | tytuł=Strona główna — Instytut Fizyki Politechniki Łodzkiej — studia Łódź<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=phys.p.lodz.pl | język=pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref>, Politechnice Warszawskiej<ref>http://www.imio.pw.edu.pl/wwwzo</ref> oraz na UW Zakład Optyki Informacyjnej<ref>{{Cytuj | url=http://zoi.fuw.edu.pl | tytuł=IGF Webmail :: Witamy w IGF Webmail<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=zoi.fuw.edu.pl | język=pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref> i w ITME w Warszawie<ref>{{Cytuj | url=http://www.itme.edu.pl/ | tytuł=Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=www.itme.edu.pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref>.
W Polsce prace nad wytwarzaniem i modelowaniem kryształów i światłowodów fotonicznych są prowadzone na [[Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej|Uniwersytecie Marii Curie-Skłodowskiej]] w Lublinie, na Politechnice Wrocławskiej<ref> http://www.wemif.pwr.wroc.pl/photonicsgroup/], [http://www.if.pwr.wroc.pl/instytut/labe/labe/labe.html]</ref>, w Instytucie Fizyki Politechniki Łódzkiej<ref>{{Cytuj | url=http://phys.p.lodz.pl | tytuł=Strona główna — Instytut Fizyki Politechniki Łódzkiej — studia Łódź<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=phys.p.lodz.pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref>, na Politechnice Warszawskiej<ref>http://www.imio.pw.edu.pl/wwwzo</ref> oraz w Zakładzie Optyki Informacyjnej Uniwersytetu Warszawskiego<ref>{{Cytuj | url=http://zoi.fuw.edu.pl | tytuł=IGF Webmail: Witamy w IGF Webmail<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=zoi.fuw.edu.pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref> i [[Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych|Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych]] w Warszawie<ref>{{Cytuj | url=http://www.itme.edu.pl/ | tytuł=Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=www.itme.edu.pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref>.


== Przypisy ==
== Przypisy ==
Linia 29: Linia 29:


== Linki zewnętrzne ==
== Linki zewnętrzne ==
⚫
* [http://www.phys.uni.torun.pl/~bezet/pdf/holey.pdf ''Światłowody z kryształów fotonicznych'']
* [http://www.crystal-fibre.com/support/dictionary.shtm http://www.crystal-fibre.com/support/dictionary.shtm]
* [http://www.if.uj.edu.pl/inzynieria/Specjalnosci/fotonika.htm http://www.if.uj.edu.pl/inzynieria/Specjalnosci/fotonika.htm],
* [http://ab-initio.mit.edu/photons/tutorial/ http://ab-initio.mit.edu/photons/tutorial/]
⚫
* [http://www.phys.uni.torun.pl/~bezet/pdf/holey.pdf http://www.phys.uni.torun.pl/~bezet/pdf/holey.pdf]


{{Kontrola autorytatywna}}
{{Kontrola autorytatywna}}

Wersja z 00:46, 1 lut 2020

Bransoletka z opalem, mającym naturalną budowę periodyczną, dzięki której występuje zjawisko iryzacji
Jednowymiarowa, dwuwymiarowa i trójwymiarowa struktura fotoniczna

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 Stanów Zjednoczonych. 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 zabronionej 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 [rozproszony reflektor Bragga|zwierciadło Bragga]] złożone z wielu warstw na przemian o dużym i małym współczynniku załamania światła. Działa ono jak optyczny filtr pasmowy: pewne częstotliwości są odbijane, a inne przepuszczane. Jeżeli zwinie się zwierciadło Bragga w rurkę, powstanie struktura dwuwymiarowa.

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:

Wytwarzanie w Polsce

W Polsce prace nad wytwarzaniem i modelowaniem kryształów i światłowodów fotonicznych są prowadzone na Uniwersytecie Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, na Politechnice Wrocławskiej[1], w Instytucie Fizyki Politechniki Łódzkiej[2], na Politechnice Warszawskiej[3] oraz w Zakładzie Optyki Informacyjnej Uniwersytetu Warszawskiego[4] i Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie[5].

Przypisy

  1. ↑ http://www.wemif.pwr.wroc.pl/photonicsgroup/], [1]
  2. ↑ Strona główna — Instytut Fizyki Politechniki Łódzkiej — studia Łódź [online], phys.p.lodz.pl [dostęp 2017-11-24].
  3. ↑ http://www.imio.pw.edu.pl/wwwzo
  4. ↑ IGF Webmail: Witamy w IGF Webmail [online], zoi.fuw.edu.pl [dostęp 2017-11-24].
  5. ↑ Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych [online], www.itme.edu.pl [dostęp 2017-11-24].

Linki zewnętrzne

Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Kryształ_fotoniczny&oldid=58660662”