Fotonický kryštál
Fotonický kryštál je moderný materiál pozostávajúci striedavo z elementárnych buniek s vysokým a nízkym indexom lomu a rozmermi porovnateľnými s vlnovou dĺžkou svetla daného spektrálneho rozsahu. Fonické kryštály sa používajú v optoelektronike. Predpokladá sa, že použitie fotonického kryštálu umožní napr. na riadenie šírenia svetelnej vlny a vytvorí príležitosti na vytváranie fotonických integrovaných obvodov a optických systémov, ako aj telekomunikačných sietí s obrovskou šírkou pásma (rádovo Pbps).
Vplyv tohto materiálu na dráhu svetla je podobný účinku mriežky na pohyb elektrónov v polovodičovom kryštáli. Odtiaľ pochádza názov „fotonický kryštál“. Štruktúra fotonického kryštálu zabraňuje šíreniu svetelných vĺn v jeho vnútri v určitom rozsahu vlnových dĺžok. Potom takzvaná fotónová medzera. Koncept vytvárania fotonických kryštálov vznikol súčasne v roku 1987 v dvoch amerických výskumných centrách.
Eli Jablonovich z Bell Communications Research v New Jersey pracoval na materiáloch pre fotonické tranzistory. Vtedy vymyslel termín „fotonický bandgap“. V tom istom čase Sajiv John z Priestonskej univerzity pri práci na zlepšení účinnosti laserov používaných v telekomunikáciách objavil rovnakú medzeru. V roku 1991 dostal Eli Yablonovich prvý fotonický kryštál. V roku 1997 bola vyvinutá hromadná metóda získavania kryštálov.
Príkladom prirodzene sa vyskytujúceho trojrozmerného fotonického kryštálu je opál, príklad fotonickej vrstvy krídla motýľa rodu Morpho. Fotonické kryštály sa však zvyčajne vyrábajú umelo v laboratóriách z kremíka, ktorý je tiež porézny. Podľa štruktúry sa delia na jedno-, dvoj- a trojrozmerné. Najjednoduchšia štruktúra je jednorozmerná štruktúra. Jednorozmerné fotonické kryštály sú dobre známe a dlhodobo používané dielektrické vrstvy, ktoré sa vyznačujú koeficientom odrazu, ktorý závisí od vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. V skutočnosti ide o Braggovo zrkadlo, ktoré pozostáva z mnohých vrstiev so striedajúcimi sa vysokými a nízkymi indexmi lomu. Braggovo zrkadlo funguje ako bežný dolnopriepustný filter, niektoré frekvencie sa odrážajú, zatiaľ čo iné prechádzajú. Ak zrolujete zrkadlo Bragg do trubice, získate dvojrozmernú štruktúru.
Príkladom umelo vytvorených dvojrozmerných fotonických kryštálov sú fotonické optické vlákna a fotonické vrstvy, pomocou ktorých je možné po niekoľkých úpravách meniť smer svetelného signálu na oveľa menšie vzdialenosti ako v bežných integrovaných optických systémoch. V súčasnosti existujú dve metódy modelovania fotonických kryštálov.
первый – PWM (metóda rovinných vĺn) označuje jedno- a dvojrozmerné štruktúry a spočíva vo výpočte teoretických rovníc vrátane Blochových, Faradayových, Maxwellových rovníc. Druhý Metódou modelovania štruktúr z optických vlákien je metóda FDTD (Finite Difference Time Domain), ktorá spočíva v riešení Maxwellových rovníc s časovou závislosťou pre elektrické pole a magnetické pole. To umožňuje vykonávať numerické experimenty šírenia elektromagnetických vĺn v daných kryštálových štruktúrach. V budúcnosti by to malo umožniť získať fotonické systémy s rozmermi porovnateľnými s rozmermi mikroelektronických zariadení používaných na riadenie svetla.
Niektoré aplikácie fotonického kryštálu:
- Selektívne zrkadlá laserových rezonátorov,
- lasery s distribuovanou spätnou väzbou,
- Fotonické vlákna (vlákno fotonického kryštálu), vlákna a rovinné,
- Fotonické polovodiče, ultrabiele pigmenty,
- LED diódy so zvýšenou účinnosťou, Mikrorezonátory, Metamateriály - ľavé materiály,
- Širokopásmové testovanie fotonických zariadení,
- spektroskopia, interferometria alebo optická koherentná tomografia (OCT) – využívajúca silný fázový efekt.
