Фотоникалық кристалл

Фотондық кристал – бұл жоғары және төмен сыну көрсеткіші және берілген спектрлік диапазондағы жарықтың толқын ұзындығымен салыстырылатын өлшемдері бар элементар жасушалардан кезектесіп тұратын заманауи материал. Фоникалық кристалдар оптоэлектроникада қолданылады. Мысалы, фотонды кристалды пайдалану мүмкіндік береді деп болжануда. жарық толқынының таралуын бақылау және фотонды интегралдық схемалар мен оптикалық жүйелерді, сондай-ақ үлкен өткізу қабілеттілігі бар телекоммуникация желілерін құруға мүмкіндіктер жасайды (Pbps тәртібі).

Бұл материалдың жарық жолына әсері жартылай өткізгіш кристалдағы электрондардың қозғалысына тордың әсеріне ұқсас. Осыдан «фотоникалық кристал» деген атау пайда болды. Фотондық кристалдың құрылымы оның ішіндегі жарық толқындарының толқын ұзындығының белгілі бір диапазонында таралуына жол бермейді. Содан кейін фотонды саңылау деп аталады. Фотондық кристалдарды жасау тұжырымдамасы 1987 жылы АҚШ-тың екі зерттеу орталығында бір уақытта жасалды.

Нью-Джерсидегі Bell Communications Research қызметкері Эли Яблонович фотондық транзисторларға арналған материалдармен жұмыс істеді. Дәл сол кезде ол «фотоникалық диапазон» терминін енгізді. Сонымен бірге Пристон университетінің қызметкері Саджив Джон телекоммуникацияда қолданылатын лазерлердің тиімділігін арттырумен айналыса отырып, дәл осындай олқылықты анықтады. 1991 жылы Эли Яблонович бірінші фотондық кристалды алды. 1997 жылы кристалдарды алудың массалық әдісі жасалды.

Табиғатта кездесетін үш өлшемді фотонды кристалдың мысалы опал болып табылады, Morpho тектес көбелектің қанатының фотонды қабатының мысалы. Дегенмен, фотонды кристалдар әдетте зертханаларда жасанды түрде кремнийден жасалады, ол да кеуекті. Құрылымы бойынша олар бір, екі және үш өлшемді болып бөлінеді. Ең қарапайым құрылым – бір өлшемді құрылым. Бірөлшемді фотонды кристалдар - түсетін жарықтың толқын ұзындығына тәуелді шағылу коэффициентімен сипатталатын белгілі және көптен бері қолданылатын диэлектрлік қабаттар. Шын мәнінде, бұл ауыспалы жоғары және төмен сыну көрсеткіштері бар көптеген қабаттардан тұратын Bragg айнасы. Bragg айнасы кәдімгі төмен жиілікті сүзгі сияқты жұмыс істейді, кейбір жиіліктер шағылысады, ал басқалары арқылы өтеді. Егер сіз Bragg айнасын түтікке айналдырсаңыз, сіз екі өлшемді құрылым аласыз.

Жасанды түрде жасалған екі өлшемді фотонды кристалдардың мысалдары фотоникалық оптикалық талшықтар мен фотонды қабаттар болып табылады, олар бірнеше модификациялардан кейін кәдімгі біріктірілген оптикалық жүйелерге қарағанда әлдеқайда аз қашықтықта жарық сигналының бағытын өзгерту үшін пайдаланылуы мүмкін. Қазіргі уақытта фотонды кристалдарды модельдеудің екі әдісі бар.

первый – PWM (жазық толқын әдісі) бір және екі өлшемді құрылымдарға жатады және теориялық теңдеулерді, соның ішінде Блох, Фарадей, Максвелл теңдеулерін есептеуден тұрады. секунд Талшықты-оптикалық құрылымдарды модельдеу әдісі электр өрісі мен магнит өрісіне уақытқа тәуелді Максвелл теңдеулерін шешуден тұратын FDTD (Ақырғы айырмашылық уақыт аймағы) әдісі болып табылады. Бұл берілген кристалдық құрылымдарда электромагниттік толқындардың таралуы бойынша сандық тәжірибелер жүргізуге мүмкіндік береді. Болашақта бұл жарықты басқару үшін қолданылатын микроэлектронды құрылғылармен салыстырылатын өлшемдері бар фотонды жүйелерді алуға мүмкіндік беруі керек.

Фотондық кристалдың кейбір қолданбалары:

• Лазерлік резонаторлардың селективті айналары,
• таратылған кері байланыс лазерлері,
• Фотонды талшықтар (фотоникалық кристалды талшықтар), жіптер және жазық,
• Фотонды жартылай өткізгіштер, ультра ақ пигменттер,
• Тиімділігі жоғары светодиодтар, микрорезонаторлар, метаматериалдар - сол жақ материалдар,
• Фотоникалық құрылғыларды кең жолақты сынау,
• спектроскопия, интерферометрия немесе оптикалық когеренттік томография (ОКТ) – күшті фазалық әсерді қолдану.