Энциклопедический словарь нанотехнологий - фотонный кристалл

Термин на английском

photonic crystalСинонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

волокно фотонно-кристаллическое, метаматериал, нанофотоникаОпределение

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).

• Братищев Алексей Владимирович
• Гудилин Евгений Алексеевич, д.х.н.

Разделы