光子晶體簡(jiǎn)介

1、光子晶體:光子晶體是指具有光子帶隙（PhotonicBand-Gap,簡(jiǎn)稱為PBG）特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也稱為PBG光子晶體結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)介：光子晶體（PhotonicCrystal）是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分別獨(dú)立提出，是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。光子晶體即光子禁帶材料，從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波-當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時(shí)，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。能帶與能帶之間出

2、現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。所具能量處在光子帶隙內(nèi)的光子，不能進(jìn)入該晶體。光子晶體和半導(dǎo)體在基本模型和研究思路上有許多相似之處，原則上人們可以通過設(shè)計(jì)和制造光子晶體及其器件，達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的。光子晶體（又稱光子禁帶材料）的出現(xiàn)，使人們操縱和控制光子的夢(mèng)想成為可能。（應(yīng)用）簡(jiǎn)單地說，光子晶體具有波長(zhǎng)選擇的功能，可以有選擇地使某個(gè)波段的光通過而阻止其它波長(zhǎng)的光通過其中。背景:微波波段的帶隙常稱為電磁帶隙（ElectromagneticBand-Gap,簡(jiǎn)稱為EBG）,光子晶體的引入為微波領(lǐng)域提供了新的研究方向。光子晶體完全依靠自身結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)帶阻濾波，且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在微波電路、微波天線等方面均具有

3、廣闊的應(yīng)用前景。國外在這一方面的研究已經(jīng)取得了很多成果，而國內(nèi)的研究才剛剛起步，所以從事光子晶體的研究具有重要的意義。（研究現(xiàn)狀）光子晶體是指具有光子帶隙（PhotonicBand-Gap,簡(jiǎn)稱為PBG）特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也稱為PBG結(jié)構(gòu)。所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播，即這種結(jié)構(gòu)本身存在“禁帶”這一概念最初是在光學(xué)領(lǐng)域提出的，現(xiàn)在它的研究范圍已擴(kuò)展到微波與聲波波段。由于這種結(jié)構(gòu)的周期尺寸與“禁帶”的中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)可比擬，所以這種結(jié)構(gòu)在微波波段比在光波波段更容易實(shí)現(xiàn)。光子晶體概念的產(chǎn)生到1987年，E.Yablonovitch及S.John不約而同

4、地指出：在介電系數(shù)呈周期性排列的三維介電材料中，電磁波經(jīng)介電函數(shù)散射后，某些波段的電磁波強(qiáng)度會(huì)因破壞性干涉而呈指數(shù)衰減，無法在系統(tǒng)內(nèi)傳遞，相當(dāng)于在頻譜上形成能隙，于是色散關(guān)系也具有帶狀結(jié)構(gòu)，此即所謂的光子能帶結(jié)構(gòu)（photonicbandstructures)。具有光子能帶結(jié)構(gòu)的介電物質(zhì)，就稱為光能隙系統(tǒng)(photonicband-gapsystem，簡(jiǎn)稱PBG系統(tǒng))，或簡(jiǎn)稱光子晶體(photoniccrystals)o自然界中的光子晶體:一、蛋白石：盛產(chǎn)于澳洲的寶石蛋白石(opal)。蛋白石是由二氧化硅納米球(nano-sphere)沉積形成的礦物，其色彩繽紛的外觀與色素?zé)o關(guān),而是因?yàn)樗鼛缀?/p>

5、結(jié)構(gòu)上的周期性使它具有光子能帶結(jié)構(gòu)，隨著能隙位置不同，反射光的顏色也跟著變化；換言之，是光能隙在玩變色把戲。二、具有光子晶體結(jié)構(gòu)的生物在生物界中，也不乏光子晶體的蹤影。以花間飛舞的蝴蝶為例，其翅膀上的斑斕色彩，其實(shí)是鱗粉上排列整齊的次微米結(jié)構(gòu)，選擇性反射日光的結(jié)果。2003年ANDREWR.PARKER等發(fā)現(xiàn)一種澳洲昆士蘭的東北部森林的甲蟲(Pachyrhynchusargus)，它的外殼分布有和蛋白石一樣的光子晶體結(jié)構(gòu)類似物,其具有從任何方向都可見的金屬色澤。這種棲息于大陸棚上，有著刺毛的低等海生無脊椎動(dòng)物海毛蟲(seamouse)具有引人矚目的虹彩。此種海毛蟲的刺毛是由為數(shù)眾多之六角圓柱體層層疊積形