Photonesche Kristall

E photonesche Kristall ass e modernt Material dat ofwiesselnd aus elementar Zellen mat engem héijen an niddrege Brechungsindex an Dimensiounen vergläichbar mat der Wellelängt vum Liicht aus engem bestëmmte Spektralberäich besteet. Phonesch Kristalle ginn an der Optoelektronik benotzt. Et gëtt ugeholl datt d'Benotzung vun engem photonesche Kristall erlaabt, zum Beispill. fir d'Verbreedung vun enger Liichtwelle ze kontrolléieren a wäert d'Chancen fir d'Schafung vu photonesche integréierte Circuiten an opteschen Systemer kreéieren, souwéi Telekommunikatiounsnetzwierker mat enger riseger Bandbreedung (vun der Uerdnung vu Pbps).

Den Effekt vun dësem Material op de Wee vum Liicht ass ähnlech wéi den Effekt vun engem Gitter op d'Bewegung vun Elektronen an engem Hallefleitkristall. Dofir den Numm "photonesche Kristall". D'Struktur vun engem photonesche Kristall verhënnert d'Verbreedung vu Liichtwellen dobannen an engem bestëmmte Beräich vu Wellelängten. Dann de sougenannte Photonspalt. D'Konzept fir photonesch Kristalle ze kreéieren gouf gläichzäiteg 1987 an zwee US Fuerschungszentren erstallt.

Den Eli Jablonovich vu Bell Communications Research zu New Jersey huet un Materialien fir photonesch Transistoren geschafft. Et war deemools datt hien de Begrëff "photonic Bandgap" entwéckelt huet. Zur selwechter Zäit huet de Sajiv John vun der Prieston University, wärend hien geschafft huet fir d'Effizienz vun de Laser, déi an der Telekommunikatioun benotzt ginn, ze verbesseren, deeselwechte Spalt entdeckt. 1991 krut den Eli Yablonovich den éischte photonesche Kristall. Am Joer 1997 gouf eng Massemethod fir d'Kristalle ze kréien entwéckelt.

E Beispill vun engem natierlech optrieden dräi-zweedimensional photonic Kristallsglas produzéiert ass opal, e Beispill vun der photonic Schicht vum Flillek vun engem Päiperlek vun der Gattung Morpho. Wéi och ëmmer, photonesch Kristalle ginn normalerweis kënschtlech a Laboratoiren aus Silizium gemaach, wat och porös ass. No hirer Struktur si se an een-, zwee- an dräi-zweedimensional ënnerdeelt. Déi einfachst Struktur ass déi eendimensional Struktur. Eendimensional photonesch Kristalle si bekannten a laang gebrauchte dielektresch Schichten, déi sech duerch e Reflexiounskoeffizient charakteriséiert, deen vun der Wellelängt vum Infalllicht ofhänkt. Tatsächlech ass dëst e Bragg Spigel, besteet aus ville Schichten mat ofwiesselnd héijen an nidderegen Brechungsindex. De Bragg Spigel funktionnéiert wéi e reguläre Low-Passfilter, e puer Frequenzen ginn reflektéiert, anerer ginn duerchgefouert. Wann Dir de Bragg Spigel an e Rouer rullt, kritt Dir eng zweedimensional Struktur.

Beispiller vu kënschtlech erstallt zweedimensional photonic Kristaller sinn photonic optesch Faseren a photonic Schichten, déi no e puer Modifikatioune benotzt kënne fir d'Richtung vun engem Liicht Signal op Distanzen vill méi kleng wéi an konventionell integréiert Optik Systemer ze änneren. Et ginn momentan zwou Methoden fir photonesch Kristalle ze modelléieren.

первый – PWM (Plane Wave Method) bezitt sech op een- an zweedimensional Strukturen a besteet aus der Berechnung vun theoreteschen Equatiounen, dorënner de Bloch, Faraday, Maxwell Equatiounen. Déi zweet D'Method fir Glasfaserstrukturen ze modelléieren ass d'FDTD (Finite Difference Time Domain) Method, déi besteet aus dem Maxwell seng Equatioune mat enger Zäitabhängegkeet fir dat elektrescht Feld a Magnéitfeld ze léisen. Dëst mécht et méiglech numeresch Experimenter iwwer d'Verbreedung vun elektromagnetesche Wellen a bestëmmte Kristallstrukturen auszeféieren. An Zukunft soll dëst et méiglech maachen photonesch Systemer ze kréien mat Dimensiounen vergläichbar mat deene vu mikroelektroneschen Apparater, déi benotzt gi fir d'Liicht ze kontrolléieren.

E puer Uwendungen vum photonesche Kristall:

• Selektiv Spigel vun Laser Resonatoren,
• verdeelt Feedback Laser,
• Photonesch Faseren (photonesch Kristallfaser), Filamenter a Planar,
• Photonesch Hallefleit, ultra-wäiss Pigmenter,
• LEDs mat verstäerkter Effizienz, Mikroresonatoren, Metamaterialien - lénks Material,
• Breetband Testen vu photonesche Geräter,
• Spektroskopie, Interferometrie oder optesch Kohärenztomographie (OCT) - mat engem staarke Phaseeffekt.