Fooniline kristall

Fotoonkristall on kaasaegne materjal, mis koosneb vaheldumisi kõrge ja madala murdumisnäitajaga elementaarrakkudest ning mõõtmetega, mis on võrreldavad antud spektrivahemiku valguse lainepikkusega. Foonilisi kristalle kasutatakse optoelektroonikas. Eeldatakse, et fotoonkristalli kasutamine võimaldab näiteks. reguleerida valguslaine levikut ning loob võimalused fotooniliste integraallülituste ja optiliste süsteemide, samuti tohutu ribalaiusega (suurusjärgus Pbps) telekommunikatsioonivõrkude loomiseks.

Selle materjali mõju valguse teele on sarnane võre toimega elektronide liikumisele pooljuhtkristallides. Sellest ka nimi "fotooniline kristall". Fotoonkristalli struktuur takistab valguslainete levikut selles teatud lainepikkuste vahemikus. Siis nn footonite vahe. Fotooniliste kristallide loomise kontseptsioon loodi 1987. aastal üheaegselt kahes USA uurimiskeskuses.

Eli Jablonovich Bell Communications Researchist New Jerseys töötas fotooniliste transistoride materjalide kallal. Just siis võttis ta kasutusele termini "photonic bandgap". Samal ajal avastas Sajiv John Priestoni ülikoolist, töötades telekommunikatsioonis kasutatavate laserite tõhususe parandamise nimel, sama lünga. 1991. aastal sai Eli Yablonovich esimese fotoonilise kristalli. 1997. aastal töötati välja massimeetod kristallide saamiseks.

Looduslikult esineva kolmemõõtmelise fotoonilise kristalli näide on opaal, mis on Morpho perekonda kuuluva liblika tiiva fotoonilise kihi näide. Tavaliselt valmistatakse fotoonkristalle aga laborites kunstlikult ränist, mis on samuti poorne. Struktuuri järgi jagunevad need ühe-, kahe- ja kolmemõõtmelisteks. Lihtsaim struktuur on ühemõõtmeline struktuur. Ühemõõtmelised fotoonilised kristallid on üldtuntud ja kaua kasutatud dielektrilised kihid, mida iseloomustab langeva valguse lainepikkusest sõltuv peegelduskoefitsient. Tegelikult on see Braggi peegel, mis koosneb paljudest kihtidest, millel on vaheldumisi kõrge ja madal murdumisnäitaja. Braggi peegel töötab nagu tavaline madalpääsfilter, mõned sagedused peegelduvad, teised aga lastakse läbi. Kui keerate Braggi peegli toruks, saate kahemõõtmelise struktuuri.

Kunstlikult loodud kahemõõtmeliste fotooniliste kristallide näideteks on fotoonilised optilised kiud ja fotoonilised kihid, mida saab pärast mitmeid modifikatsioone kasutada valgussignaali suuna muutmiseks palju väiksematel vahemaadel kui tavalistes integreeritud optikasüsteemides. Praegu on fotooniliste kristallide modelleerimiseks kaks meetodit.

esimene – PWM (plane wave method) viitab ühe- ja kahemõõtmelistele struktuuridele ning seisneb teoreetiliste võrrandite, sealhulgas Blochi, Faraday, Maxwelli võrrandite arvutamises. Teine Fiiberoptiliste struktuuride modelleerimise meetodiks on FDTD (Finite Difference Time Domain) meetod, mis seisneb Maxwelli võrrandite lahendamises elektrivälja ja magnetvälja ajasõltuvusega. See võimaldab teha arvulisi katseid elektromagnetlainete levimise kohta antud kristallstruktuurides. Tulevikus peaks see võimaldama saada fotoonsüsteeme, mille mõõtmed on võrreldavad valguse juhtimiseks kasutatavate mikroelektrooniliste seadmete omadega.

Mõned fotoonkristallide rakendused:

• laserresonaatorite selektiivpeeglid,
• hajutatud tagasiside laserid,
• Fotoonkiud (fotoonilised kristallkiud), filamendid ja tasapinnalised,
• Fotoonilised pooljuhid, ülivalged pigmendid,
• Suurenenud efektiivsusega LED-id, mikroresonaatorid, metamaterjalid - vasakpoolsed materjalid,
• Fotooniliste seadmete lairibaühenduse testimine,
• spektroskoopia, interferomeetria või optiline koherentstomograafia (OCT) – kasutades tugevat faasiefekti.