Cristall fotònic

Un cristall fotònic és un material modern format alternativament per cèl·lules elementals amb un índex de refracció alt i baix i dimensions comparables a la longitud d'ona de la llum d'un rang espectral determinat. Els cristalls fònics s'utilitzen en optoelectrònica. Se suposa que l'ús d'un cristall fotònic ho permetrà, per exemple. per controlar la propagació d'una ona lluminosa i crearà oportunitats per a la creació de circuits integrats fotònics i sistemes òptics, així com xarxes de telecomunicacions amb un ample de banda enorme (de l'ordre dels Pbps).

L'efecte d'aquest material sobre el camí de la llum és similar a l'efecte d'una reixa sobre el moviment dels electrons en un cristall semiconductor. D'aquí el nom de "cristall fotònic". L'estructura d'un cristall fotònic impedeix la propagació d'ones de llum dins d'ell en un determinat rang de longituds d'ona. Després l'anomenada bretxa de fotons. El concepte de creació de cristalls fotònics es va crear simultàniament l'any 1987 en dos centres de recerca dels EUA.

Eli Jablonovich de Bell Communications Research a Nova Jersey va treballar en materials per a transistors fotònics. Va ser llavors quan va encunyar el terme "bandgap fotònic". Al mateix temps, Sajiv John de la Universitat de Prieston, mentre treballava per millorar l'eficiència dels làsers utilitzats en telecomunicacions, va descobrir el mateix buit. El 1991, Eli Yablonovich va rebre el primer cristall fotònic. L'any 1997 es va desenvolupar un mètode massiu per a l'obtenció de cristalls.

Un exemple de cristall fotònic tridimensional natural és l'òpal, un exemple de la capa fotònica de l'ala d'una papallona del gènere Morpho. No obstant això, els cristalls fotònics solen fer-se artificialment als laboratoris a partir de silici, que també és porós. Segons la seva estructura, es divideixen en unidimensionals, bidimensionals i tridimensionals. L'estructura més senzilla és l'estructura unidimensional. Els cristalls fotònics unidimensionals són capes dielèctriques conegudes i utilitzades durant molt de temps, que es caracteritzen per un coeficient de reflexió que depèn de la longitud d'ona de la llum incident. De fet, es tracta d'un mirall de Bragg, format per moltes capes amb índexs de refracció alts i baixos alternatius. El mirall de Bragg funciona com un filtre de pas baix normal, algunes freqüències es reflecteixen mentre que altres es passen. Si enrotlleu el mirall de Bragg en un tub, obtindreu una estructura bidimensional.

Exemples de cristalls fotònics bidimensionals creats artificialment són les fibres òptiques fotòniques i les capes fotòniques que, després de diverses modificacions, es poden utilitzar per canviar la direcció d'un senyal de llum a distàncies molt més petites que en els sistemes òptics integrats convencionals. Actualment hi ha dos mètodes per modelar cristalls fotònics.

первый – PWM (métode d'ona plana) fa referència a estructures unidimensionals i bidimensionals i consisteix en el càlcul d'equacions teòriques, incloses les equacions de Bloch, Faraday, Maxwell. Segon El mètode per modelar estructures de fibra òptica és el mètode FDTD (Finite Difference Time Domain), que consisteix a resoldre les equacions de Maxwell amb una dependència temporal del camp elèctric i del camp magnètic. Això permet dur a terme experiments numèrics sobre la propagació d'ones electromagnètiques en estructures cristal·lines determinades. En el futur, això hauria de permetre obtenir sistemes fotònics de dimensions comparables a les dels dispositius microelectrònics utilitzats per controlar la llum.

Algunes aplicacions del cristall fotònic:

• Miralls selectius de ressonadors làser,
• làsers de retroalimentació distribuïts,
• Fibres fotòniques (fibra de cristall fotònic), filaments i planars,
• Semiconductors fotònics, pigments ultrablancs,
• LED amb eficiència augmentada, microresonadors, metamaterials - materials esquerre,
• Proves de banda ampla de dispositius fotònics,
• espectroscòpia, interferometria o tomografia de coherència òptica (OCT) - utilitzant un fort efecte de fase.