ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ

Термин
фотонный кристалл
Термин на английском
photonic crystal
Синонимы
Аббревиатуры
Связанные термины
волокно фотонно-кристаллическое, метаматериал, нанофотоника
Определение
материал, структура которого характеризуется периодическим изменением показателя преломления в пространственных направлениях. Фотонными кристаллами принято называть среды, у которых диэлектрическая проницаемость периодически меняется в пространстве с периодом, допускающим брэгговскую дифракцию света.
Описание

Фотонный кристалл выполняет функцию оптического фильтра, и именно его свойствами обусловлены яркие и красочные цвета опала, который показан на Рис. 1. В природе фотонные кристаллы также встречаются на крыльях африканских бабочек-парусников (Рис.2).

Фотонные кристаллы по характеру изменения коэффициента преломления можно разделить на три основных класса [1]:
1. одномерные, в которых коэффициент преломления периодически изменяется в одном пространственном направлении как показано на Рис. 3. Такие фотонные кристаллы состоят из параллельных друг другу слоев различных материалов с разными коэффициентами преломления и могут проявлять свои свойства в одном пространственном направлении, перпендикулярном слоям. Примером такого фотонного кристалла может служить Брэгговская решетка.
2. двухмерные, в которых коэффициент преломления периодически изменяется в двух пространственных направлениях, как показано на Рис.4, форма областей с коэффициентом преломления n1 может быть любой, также как и форма кристаллической решетки. Такие фотонные кристаллы могут проявлять свои свойства в двух пространственных направлениях, и
3. трёхмерные, в которых коэффициент преломления периодически изменяется в трёх пространственных направлениях. Такие фотонные кристаллы могут проявлять свои свойства в трёх пространственных направлениях, и можно их представить как массив объёмных областей (сфер, кубов и т. д.), упорядоченных в трёхмерной кристаллической решётке.


Как и электрические среды в зависимости от ширины запрещённых и разрешённых зон, фотонные кристаллы можно разделить на проводники — способные проводить свет на большие расстояния с малыми потерями, диэлектрики — практически идеальные зеркала, полупроводники — вещества способные, например, выборочно отражать фотоны определённой длины волны и сверхпроводники, в которых благодаря коллективным явлениям фотоны способны распространяться практически на неограниченные расстояния.
Также различают резонансные и нерезонансные фотонные кристаллы [2]. Резонансные фотонные кристаллы отличаются от нерезонансных тем, что в них используются материалы, у которых диэлектрическая проницаемость (или коэффициент преломления) как функция частоты имеет полюс на некоторой резонансной частоте.
Любая неоднородность в фотонном кристалле (например, отсутствие одного или нескольких квадратов на Рис. 4, их больший или меньший размер относительно квадратов оригинального фотонного кристалла и т. д.) называются дефектом фотонного кристалла. В таких областях часто сосредотачивается электромагнитное поле, что используется в микрорезонаторах и волноводах, построенных на основе фотонных кристаллов.
В настоящее время при формировании фотонных кристаллов применяют следующие методы:
1) Самопроизвольное формирование (вертикальное осаждение, сотовый метод и т.д.)
2) Травление
3) Голографические методы
4) Другие (одно-, двухфотонная фотолитография, литография при помощи пучка электронов/ионов).

Авторы
  • Братищев Алексей Владимирович
  • Гудилин Евгений Алексеевич, д.х.н.
Ссылки
  1. Фотонные кристаллы/Википедия — свободная энциклопедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Фотонные кристаллы (дата обращения 11.09.09).
  2. Ивченко Е. Л., Поддубный А. Н. Резонансные трёхмерные фотонные кристаллы//Физика твёрдого тела, 2006 - том 48, вып. 3 - стр. 540—547.
  3. Photonic Crystals: Periodic Surprises in Electromagnetism. URL: http://ab-initio.mit.edu/photons/tutorial/ (дата обращения 11.09.09).
  4. Benisty H. et al. Photonic Crystals/Benisty H., Berger V., Gerard J.-M., Maystre D., Tchelnokov A. - Berlin:Springer-Verlag, 2005.
Иллюстрации
Рис.1.  Фото опала – природного фотонного

Рис.1. Фото опала – природного фотонного кристалла.

Рис.2.  Фото бабочки Papilio ulysses, крылья которой являются природным фотонным кристаллом.

Рис.2. Фото бабочки Papilio ulysses, крылья которой являются природным фотонным кристаллом.

Рис. 3. Схематическое представление одномерного фотонного кристалла (? — период изменения коэфф

Рис. 3. Схематическое представление одномерного фотонного кристалла (? — период изменения коэффициента преломления, n1 и n2 — показатели преломления двух материалов).


Источник: Фотонные кристаллы/Википедия — свободная энциклопедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Фотонные кристаллы (дата обращения 11.09.09).
Рис. 4. Схематическое представление двумерного фотонного кристалла (? — период изменения коэффициент

Рис. 4. Схематическое представление двумерного фотонного кристалла (? — период изменения коэффициента преломления, n1 и n2 — показатели преломления двух материалов).


Теги
Разделы
(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)


Энциклопедический словарь нанотехнологий 

ФОТОРЕЗИСТ →← ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ

T: 0.097717097 M: 3 D: 3