Fotonik kristall

Fotonik kristall - bu yuqori va past sinishi indeksiga ega va o'lchamlari ma'lum bir spektr diapazonidagi yorug'lik to'lqin uzunligi bilan taqqoslanadigan elementar hujayralardan iborat zamonaviy material. Optoelektronikada fonik kristallardan foydalaniladi. Masalan, fotonik kristaldan foydalanishga imkon beradi deb taxmin qilinadi. yorug'lik to'lqinining tarqalishini nazorat qilish va fotonik integral mikrosxemalar va optik tizimlarni, shuningdek, katta o'tkazish qobiliyatiga ega (Pbps tartibida) telekommunikatsiya tarmoqlarini yaratish uchun imkoniyatlar yaratadi.

Ushbu materialning yorug'lik yo'liga ta'siri yarimo'tkazgich kristalidagi elektronlarning harakatiga panjara ta'siriga o'xshaydi. "Fotonik kristal" nomi shundan kelib chiqqan. Fotonik kristallning tuzilishi uning ichida yorug'lik to'lqinlarining ma'lum to'lqin uzunliklari oralig'ida tarqalishiga to'sqinlik qiladi. Keyin foton bo'shlig'i deb ataladi. Fotonik kristallarni yaratish kontseptsiyasi bir vaqtning o'zida 1987 yilda AQShning ikkita tadqiqot markazida yaratilgan.

Nyu-Jersidagi Bell Communications Research xodimi Eli Jablonovich fotonik tranzistorlar uchun materiallar ustida ishlagan. Aynan o'sha paytda u "fotonik bandgap" atamasini kiritdi. Ayni paytda Priston universiteti xodimi Sajiv Jon telekommunikatsiyalarda qo‘llaniladigan lazerlarning samaradorligini oshirish ustida ish olib borar ekan, xuddi shunday bo‘shliqni aniqladi. 1991 yilda Eli Yablonovich birinchi fotonik kristalni oldi. 1997 yilda kristallarni olishning ommaviy usuli ishlab chiqildi.

Tabiatda uchraydigan uch oʻlchamli fotonik kristallning misoli opal, Morfo turkumidagi kapalak qanotining fotonik qatlamiga misol boʻla oladi. Biroq, fotonik kristallar odatda laboratoriyalarda sun'iy ravishda kremniydan tayyorlanadi, u ham gözeneklidir. Ular tuzilishiga ko'ra bir, ikki va uch o'lchovli bo'linadi. Eng oddiy struktura bir o'lchovli strukturadir. Bir o'lchovli fotonik kristallar taniqli va uzoq vaqtdan beri ishlatiladigan dielektrik qatlamlar bo'lib, ular tushayotgan yorug'likning to'lqin uzunligiga bog'liq bo'lgan aks ettirish koeffitsienti bilan tavsiflanadi. Aslida, bu o'zgaruvchan yuqori va past sinishi ko'rsatkichlari bo'lgan ko'plab qatlamlardan tashkil topgan Bragg oynasi. Bragg oynasi oddiy past chastotali filtr kabi ishlaydi, ba'zi chastotalar aks ettiriladi, boshqalari esa o'tadi. Agar siz Bragg oynasini naychaga aylantirsangiz, siz ikki o'lchovli tuzilishga ega bo'lasiz.

Sun'iy ravishda yaratilgan ikki o'lchovli fotonik kristallarga misollar fotonik optik tolalar va fotonik qatlamlar bo'lib, ular bir nechta modifikatsiyadan so'ng yorug'lik signalining yo'nalishini an'anaviy integratsiyalashgan optik tizimlarga qaraganda ancha kichikroq masofalarda o'zgartirish uchun ishlatilishi mumkin. Hozirgi vaqtda fotonik kristallarni modellashtirishning ikkita usuli mavjud.

первый – PWM (tekislik to‘lqin usuli) bir va ikki o‘lchovli tuzilmalarni nazarda tutadi va nazariy tenglamalarni, jumladan Bloch, Faraday, Maksvell tenglamalarini hisoblashdan iborat. ikkinchi Optik tolali tuzilmalarni modellashtirish usuli FDTD (Finite Difference Time Domain) usuli bo'lib, u Maksvell tenglamalarini elektr va magnit maydonga vaqtga bog'liq holda echishdan iborat. Bu berilgan kristall tuzilmalarda elektromagnit to'lqinlarning tarqalishi bo'yicha raqamli tajribalar o'tkazish imkonini beradi. Kelajakda bu yorug'likni boshqarish uchun ishlatiladigan mikroelektronik qurilmalar bilan taqqoslanadigan o'lchamlarga ega fotonik tizimlarni olish imkonini berishi kerak.

Fotonik kristallning ba'zi ilovalari:

• Lazer rezonatorlarining selektiv nometalllari,
• tarqalgan qayta aloqa lazerlari,
• Fotonik tolalar (fotonik kristall tolalar), filamentlar va planar,
• Fotonik yarim o'tkazgichlar, o'ta oq pigmentlar,
• Samaradorlikni oshiradigan LEDlar, mikrorezonatorlar, metamateriallar - chap materiallar,
• Fotonik qurilmalarni keng polosali sinovdan o'tkazish,
• spektroskopiya, interferometriya yoki optik kogerent tomografiya (OCT) - kuchli faza ta'siridan foydalanish.