Fotonik kristal

Bir fotonik kristal, belirli bir spektral aralıktaki ışığın dalga boyu ile karşılaştırılabilir boyutlara ve yüksek ve düşük kırılma indeksine sahip temel hücrelerden dönüşümlü olarak oluşan modern bir malzemedir. Optoelektronikte fonik kristaller kullanılır. Örneğin, bir fotonik kristal kullanımının buna izin vereceği varsayılmaktadır. bir ışık dalgasının yayılmasını kontrol etmek ve fotonik entegre devreler ve optik sistemlerin yanı sıra büyük bir bant genişliğine sahip (Pbps mertebesinde) telekomünikasyon ağlarının yaratılması için fırsatlar yaratacaktır.

Bu malzemenin ışık yolu üzerindeki etkisi, bir yarı iletken kristaldeki elektronların hareketi üzerindeki bir ızgaranın etkisine benzer. Bu nedenle "fotonik kristal" adı. Bir fotonik kristalin yapısı, belirli bir dalga boyu aralığında ışık dalgalarının yayılmasını engeller. Sonra sözde foton boşluğu. Fotonik kristaller oluşturma konsepti, 1987'de iki ABD araştırma merkezinde aynı anda oluşturuldu.

New Jersey'deki Bell Communications Research'ten Eli Jablonovich, fotonik transistörler için malzemeler üzerinde çalıştı. O zaman "fotonik bant aralığı" terimini icat etti. Aynı zamanda, Prieston Üniversitesi'nden Sajiv John, telekomünikasyonda kullanılan lazerlerin verimliliğini artırmak için çalışırken aynı boşluğu keşfetti. 1991 yılında Eli Yablonovich ilk fotonik kristali aldı. 1997'de kristal elde etmek için bir kütle yöntemi geliştirildi.

Doğal olarak oluşan üç boyutlu bir fotonik kristalin bir örneği, Morpho cinsinden bir kelebeğin kanadının fotonik tabakasının bir örneği olan opal'dir. Bununla birlikte, fotonik kristaller genellikle laboratuvarlarda yapay olarak, yine gözenekli olan silikondan yapılır. Yapılarına göre bir, iki ve üç boyutlu olarak ayrılırlar. En basit yapı tek boyutlu yapıdır. Tek boyutlu fotonik kristaller, gelen ışığın dalga boyuna bağlı bir yansıma katsayısı ile karakterize edilen, iyi bilinen ve uzun süredir kullanılan dielektrik katmanlardır. Aslında bu, değişen yüksek ve düşük kırılma indekslerine sahip birçok katmandan oluşan bir Bragg aynasıdır. Bragg aynası normal bir alçak geçiren filtre gibi çalışır, bazı frekanslar yansıtılırken diğerleri geçirilir. Bragg aynasını bir tüpe yuvarlarsanız, iki boyutlu bir yapı elde edersiniz.

Yapay olarak oluşturulmuş iki boyutlu fotonik kristallerin örnekleri, birkaç modifikasyondan sonra, geleneksel entegre optik sistemlerden çok daha küçük mesafelerde bir ışık sinyalinin yönünü değiştirmek için kullanılabilen fotonik optik fiberler ve fotonik katmanlardır. Fotonik kristalleri modellemek için şu anda iki yöntem vardır.

ilk – PWM (düz dalga yöntemi), bir ve iki boyutlu yapıları ifade eder ve Bloch, Faraday, Maxwell denklemleri dahil olmak üzere teorik denklemlerin hesaplanmasından oluşur. Ikinci Fiber optik yapıları modelleme yöntemi, Maxwell denklemlerini elektrik alanı ve manyetik alan için zamana bağlı olarak çözmeyi içeren FDTD (Sonlu Fark Zaman Alanı) yöntemidir. Bu, belirli kristal yapılarda elektromanyetik dalgaların yayılması üzerinde sayısal deneyler yapmayı mümkün kılar. Gelecekte, bu, ışığı kontrol etmek için kullanılan mikro elektronik cihazlarla karşılaştırılabilir boyutlara sahip fotonik sistemlerin elde edilmesini mümkün kılacaktır.

Fotonik kristalin bazı uygulamaları:

• Lazer rezonatörlerin seçici aynaları,
• dağıtılmış geri besleme lazerleri,
• Fotonik lifler (fotonik kristal lif), filamentler ve düzlemsel,
• Fotonik yarı iletkenler, ultra beyaz pigmentler,
• Verimliliği artırılmış LED'ler, Mikrorezonatörler, Metamalzemeler - kalan malzemeler,
• Fotonik cihazların geniş bant testi,
• spektroskopi, interferometri veya optik koherens tomografi (OCT) - güçlü bir faz etkisi kullanarak.