Cristal fotonic

Un cristal fotonic este un material modern format alternativ din celule elementare cu un indice de refracție ridicat și scăzut și dimensiuni comparabile cu lungimea de undă a luminii dintr-un interval spectral dat. Cristalele fonice sunt folosite în optoelectronică. Se presupune că utilizarea unui cristal fotonic va permite, de exemplu. pentru a controla propagarea unei unde luminoase și va crea oportunități pentru realizarea de circuite integrate fotonice și sisteme optice, precum și rețele de telecomunicații cu o lățime de bandă uriașă (de ordinul Pbps).

Efectul acestui material asupra traseului luminii este similar cu efectul unui rețele asupra mișcării electronilor într-un cristal semiconductor. De aici și denumirea de „cristal fotonic”. Structura unui cristal fotonic împiedică propagarea undelor luminoase în interiorul acestuia într-un anumit interval de lungimi de undă. Apoi așa-numitul decalaj fotonic. Conceptul de creare a cristalelor fotonice a fost creat simultan în 1987 în două centre de cercetare din SUA.

Eli Jablonovich de la Bell Communications Research din New Jersey a lucrat la materiale pentru tranzistori fotonici. Atunci a inventat termenul de „bandgap fotonic”. În același timp, Sajiv John de la Universitatea Prieston, în timp ce lucra la îmbunătățirea eficienței laserelor utilizate în telecomunicații, a descoperit același decalaj. În 1991, Eli Yablonovich a primit primul cristal fotonic. În 1997, a fost dezvoltată o metodă de masă pentru obținerea cristalelor.

Un exemplu de cristal fotonic tridimensional natural este opalul, un exemplu de strat fotonic al aripii unui fluture din genul Morpho. Cu toate acestea, cristalele fotonice sunt de obicei realizate artificial în laboratoare din siliciu, care este, de asemenea, poros. În funcție de structura lor, ele sunt împărțite în una, două și tridimensionale. Cea mai simplă structură este structura unidimensională. Cristalele fotonice unidimensionale sunt straturi dielectrice bine cunoscute și utilizate îndelung, care se caracterizează printr-un coeficient de reflexie care depinde de lungimea de undă a luminii incidente. De fapt, aceasta este o oglindă Bragg, constând din multe straturi cu indici de refracție alternați înalți și scăzuti. Oglinda Bragg funcționează ca un filtru trece-jos obișnuit, unele frecvențe sunt reflectate în timp ce altele sunt trecute prin. Dacă rostogoliți oglinda Bragg într-un tub, obțineți o structură bidimensională.

Exemple de cristale fotonice bidimensionale create artificial sunt fibrele optice fotonice și straturile fotonice, care, după mai multe modificări, pot fi folosite pentru a schimba direcția unui semnal luminos la distanțe mult mai mici decât în ​​sistemele optice integrate convenționale. În prezent, există două metode de modelare a cristalelor fotonice.

în primul rând – PWM (metoda undelor plane) se referă la structuri unidimensionale și bidimensionale și constă în calculul ecuațiilor teoretice, inclusiv ecuațiile Bloch, Faraday, Maxwell. în al doilea rând Metoda de modelare a structurilor din fibră optică este metoda FDTD (Finite Difference Time Domain), care constă în rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell cu dependență de timp pentru câmpul electric și câmpul magnetic. Acest lucru permite efectuarea de experimente numerice privind propagarea undelor electromagnetice în structuri cristaline date. În viitor, acest lucru ar trebui să permită obținerea unor sisteme fotonice cu dimensiuni comparabile cu cele ale dispozitivelor microelectronice utilizate pentru controlul luminii.

Câteva aplicații ale cristalului fotonic:

• Oglinzi selective ale rezonatoarelor laser,
• lasere cu feedback distribuit,
• Fibre fotonice (fibre de cristal fotonic), filamente și planare,
• Semiconductori fotonici, pigmenți ultra-albi,
• LED-uri cu eficienta crescuta, Microrezonatoare, Metamateriale - materiale lasate,
• Testarea în bandă largă a dispozitivelor fotonice,
• spectroscopie, interferometrie sau tomografie cu coerență optică (OCT) - folosind un efect de fază puternic.