Fótónískur kristallur

Ljóseindakristall er nútímalegt efni sem samanstendur til skiptis af frumfrumum með háan og lágan brotstuðul og stærð sem er sambærileg við bylgjulengd ljóss frá tilteknu litrófsviði. Hljóðkristallar eru notaðir í ljóseindatækni. Gert er ráð fyrir að notkun ljóskristalls leyfis td. til að stýra útbreiðslu ljósbylgju og mun skapa tækifæri til að búa til ljósræna samþætta hringrás og ljóskerfa, auk fjarskiptaneta með gríðarlega bandbreidd (af stærðargráðunni Pbps).

Áhrif þessa efnis á ljósleiðina eru svipuð áhrifum rists á hreyfingu rafeinda í hálfleiðara kristal. Þess vegna nafnið "ljóseindakristall". Uppbygging ljóseindakristals kemur í veg fyrir útbreiðslu ljósbylgna inni í honum á ákveðnu bylgjulengdasviði. Síðan svokallað ljóseindabil. Hugmyndin um að búa til ljóseindakristalla var búin til samtímis árið 1987 í tveimur bandarískum rannsóknarmiðstöðvum.

Eli Jablonovich hjá Bell Communications Research í New Jersey vann að efni fyrir ljóseinda smára. Það var þá sem hann fann upp hugtakið "photonic bandgap". Á sama tíma uppgötvaði Sajiv John frá Prieston háskólanum, þegar hann vann að því að bæta skilvirkni leysigeisla sem notaðir eru í fjarskiptum, sama bilið. Árið 1991 fékk Eli Yablonovich fyrsta ljóseindakristalinn. Árið 1997 var þróuð massaaðferð til að fá kristalla.

Dæmi um náttúrulegan þrívítt ljóseindakristall er ópal, dæmi um ljóseindalag vængs fiðrildis af ættkvíslinni Morpho. Hins vegar eru ljóseindakristallar venjulega gerðir tilbúnar á rannsóknarstofum úr sílikoni, sem er einnig gljúpt. Samkvæmt uppbyggingu þeirra er þeim skipt í ein-, tví- og þrívídd. Einfaldasta uppbyggingin er einvídd uppbygging. Einvídd ljóseindakristallar eru vel þekkt og langnotuð díelektrísk lög, sem einkennast af endurkaststuðli sem fer eftir bylgjulengd innfallsljóssins. Í raun er þetta Braggspegill sem samanstendur af mörgum lögum með háum og lágum brotstuðulum til skiptis. Braggspegillinn virkar eins og venjuleg lágpassasía, sumar tíðnir endurkastast á meðan aðrar fara í gegnum. Ef þú rúllar Bragg speglinum inn í rör færðu tvívíða uppbyggingu.

Dæmi um tilbúna tvívídda ljóseindakristalla eru ljósrænir ljósþræðir og ljóseindalög, sem, eftir nokkrar breytingar, er hægt að nota til að breyta stefnu ljósmerkis í fjarlægðum sem eru mun minni en í hefðbundnum samþættum ljóskerfum. Það eru nú tvær aðferðir til að móta ljóseindakristalla.

первый – PWM (plane wave method) vísar til ein- og tvívíddar mannvirkja og felst í útreikningum á fræðilegum jöfnum, þar á meðal Bloch, Faraday, Maxwell jöfnunum. Second Aðferðin við líkangerð ljósleiðaramannvirkja er FDTD (Finite Difference Time Domain) aðferðin sem felst í því að leysa jöfnur Maxwells með tímaháð rafsviði og segulsviði. Þetta gerir manni kleift að framkvæma tölulegar tilraunir á útbreiðslu rafsegulbylgna í tilteknum kristalbyggingum. Í framtíðinni ætti þetta að gera það mögulegt að fá ljóseindakerfi með stærð sem er sambærileg við örrafræn tæki sem notuð eru til að stjórna ljósi.

Sum forrit ljóseindakristalla:

• Sértækir speglar leysirómara,
• dreifðir endurgjöf leysir,
• Ljóstrefjar (ljóstrefjar), þræðir og planar,
• Ljósrænir hálfleiðarar, ofurhvít litarefni,
• LED með aukinni skilvirkni, örresonators, Metamaterials - vinstri efni,
• Breiðbandsprófun ljóseindatækja,
• litrófsgreining, víxlmæling eða sjónræn samhengissneiðmynd (OCT) - með sterkum fasaáhrifum.