光子晶体的应用
光子晶体及其在激光电磁学中的应用
光子晶体及其在激光电磁学中的应用光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其晶格常数比可见光波长要小得多，所以具有对光的完美控制特性，其光学性质优于普通的材料。
因此，光子晶体在激光电磁学中有着广泛的应用。
一、光子晶体的构造及其特性光子晶体是一种由周期性结构单元构成的材料，其周期性结构单元必须满足材料中的光子能够在其中传播的条件，也就是说，其周期应该与波长相当。
光子晶体可以用于在某些特定波段和极化状态下完美地反射和透射光线，其光学特性与普通材料不同。
光子晶体的物理特性随着结构和材料的变化而发生变化。
通过调整其内部的构造和成分，可以实现对光场的高度定制，可以控制光的传播方向、速度、损耗等性质。
光子晶体还具有非线性光学性质，可以产生与普通材料不同的非线性光学效应。
二、光子晶体在激光电磁学中的应用光子晶体是一种典型的光学材料，其在激光电磁学中有着很多的应用。
1. 光子晶体光纤光子晶体光纤是一种由光子晶体材料制成的光纤，受到物理尺寸和波长限制的传统光纤无法彻底解决多模干扰问题，导致光纤通信中的数据传输质量下降。
与传统光纤相比，光子晶体光纤的中心井宽和周期性结构单元的数量可以调整，改变传播模式，可实现单模传输，光传输带宽更大，并且混合模式可以避免在传输中的失真。
因此，光子晶体光纤可以用于长距离通讯、高速通讯、卫星通讯等领域。
2. 光子晶体激光器光子晶体激光器是一种基于光子晶体材料制成的激光器，可以用于光通信、光信息存储等领域。
光子晶体激光器利用光子晶体中的光子能带结构，实现了高效的光增强效应，它的光学特性比传统的激光器具有更好的稳定性和更高的高功率输出。
光子晶体激光器也可以实现波长调制，可以在大范围内实现波长调整，具有优良的单模性、高精度和低成本等优点。
这种波长可调激光器可以用于激光雷达、气体探测、医学诊断等领域。
3. 光子晶体光学振荡器光子晶体光学振荡器是一种基于光子晶体材料制成的光学器件，有着极高的透过率和较低的损耗率。
光子晶体光纤在光通信中的应用
光子晶体光纤在光通信中的应用光通信作为一种高速、大容量、低损耗、抗干扰性强的通信方式，日益成为人们关注的焦点。
而光子晶体光纤作为光通信领域中的重要技术之一，其在传输中所展现出的独特性能和优势，为光通信的发展和应用带来了新的可能性和发展机遇。
一、光子晶体光纤的基本原理光子晶体光纤是一种结构具有周期性的光纤，其表面上呈现出高度有序的孔隙排列，在光的传输中能够对光的频谱和传播特性进行有效的控制。
光子晶体光纤的基本结构由介质材料的高折射率材料和低折射率材料所组成，通过对不同材料的选择和排列方式可以实现对光信号的调控和处理。
二、光子晶体光纤在光通信中的应用1. 高速传输：光子晶体光纤具有较高的光互连带宽，能够实现GB 级的高速传输，在光通信中可以满足大容量数据的传输需求。
2. 低损耗传输：光纤中的光信号传输距离过长会引起传输损耗。
而光子晶体光纤由于其特殊的结构，能够有效地减少光信号的损耗，提高信号的传输质量。
3. 宽带传输：光子晶体光纤对不同波长的光信号具有很好的传输特性，能够实现宽带的传输，提高通信系统的传输效率。
4. 抗干扰性强：光子晶体光纤中的光信号传输不受电磁干扰的影响，能够有效地避免通信信号受到外界干扰而导致的传输质量下降。
5. 兼容性强：光子晶体光纤可以与传统的光纤系统兼容，并且通过对光子晶体光纤的设计和优化，能够实现与不同光传输系统的接口和光互连。
三、光子晶体光纤的发展趋势随着光通信技术的不断深入研究和应用，光子晶体光纤作为其中的重要组成部分，也在不断地得到改进和完善。
未来，光子晶体光纤可能呈现以下几个发展趋势：1. 增强传输能力：通过改变光子晶体光纤的结构和材料，提高其传输能力和数据传输速率，以满足日益增长的通信需求。
2. 减小尺寸：通过微纳加工技术，研制出更小尺寸的光子晶体光纤，使其在光通信设备中的应用更加灵活和便捷。
3. 多功能集成：将光子晶体光纤与其他光学器件进行集成，实现光通信系统的多功能化，并且具备更好的自适应和兼容性。
光子晶体原理及应用
一、绪论1.1光子晶体的基本概念光子晶体是由不同介电常数的介质材料在空间呈周期排布的结构，当电磁波受到调制而形成类似于电子的能带结构，这种能带结构称为光子能带。
在合适的晶格常数和介电常数比的条件下，类似于电子能带隙，在光子晶体的光子能带间可出现使某些频率的电磁波完全不能透过的频率区域，将此频率区域称为光子带隙或光子禁带。
人们又将光子晶体称为光子带隙材料。
与一般的电子晶体类似，光子晶体也有一维、二维、三维之分。
一维光子晶体是介电常数不同的两种介质块交替堆积形成的结构。
实际上，一维光子晶体已经被广泛应用，如法布里-珀罗腔光学多层的增反/透膜等。
二维光子晶体是介电常数在二维空间呈周期性排列的结构。
光子晶体中存在光子禁带的物理机理是基于固体物理的布洛赫理论。
1.2光子带隙光子在光子晶体中的行为类似于电子在半导体晶体中的行为，通过独特的光子禁带可改变光的行为。
研究表明，光子带隙有完全光子带隙与不完全光子带隙的区分。
所谓完全光子带隙，是指在一定频率范围内，无论其偏振方向及传播方向如何，光都禁止传播，或者说光在整个空间的所有传播方向上都有能隙，且每个方向上的能隙能互相重叠。
所谓不完全光子带隙，则是相应于空间各方向上的能隙并不能完全重叠，或只在特定的方向上有能低折射率的介质在晶格中所占比率以及它们在空间的排列结构。
总的来说，折射率差别越大带隙越大，能够达到的效率也就越高。
二、光子晶体的晶体结构和能带结构特性研究2.1一维光子晶体的传输矩阵法设一维光子晶体由两种材料周期性交替排列构成，通常称一维二元光子晶体，类似固体能带理论中的Kroning-penney模型，在空气中由A、B薄层交替构成一维人工周期性结构材料，其中A材料的折射率是na，厚度为ha，B材料的折射率是nb，厚度为hb，那么周期d=a+b，A、B总层数为N。
以AB材料进行仿真计算。
仿真程序clear allna=2.35;nb=1.38;ha=63.8e-9;hb=108.7e-9;yeta1=na;yeta2=nb;yeta0=1;bo=400:1:900;derta1=(2*pi*na*ha)./(bo*1e-9);derta2=(2*pi*nb*hb)./(bo*1e-9);num=length(bo);for j=1:num;Ma=[cos(derta1(j)),-i*sin(derta1(j))./yeta1;-i*yeta1*sin(derta1(j)),cos(derta1(j))]; Mb=[cos(derta2(j)),-i*sin(derta2(j))./yeta2;-i*yeta2*sin(derta2(j)),cos(derta2(j))]; Mab=Ma*Mb;N=10;M=Mab^N;Rfan(j)=abs((M(1,1)*(yeta0)+M(1,2)*(yeta0)*(yeta0)-M(2,1)-M(2,2)*(yeta0))./(M(1, 1) *(yeta0)+M(1,2)*(yeta0)*sqrt(yeta0)+M(2,1)+M(2,2)*(yeta0)))^2;endfigure(1);plot(bo,Rfan,'k');box on;首先，我们A材料的折射率为2.35，B材料的折射率为1.38，AB材料组成的光子晶体的介质层数为10层，进行了matlab仿真，得到如下的图形然后我们更改介质层数为20层：最后我们更改介质层数为30层：对比以上三个图我们可以看出，一维二元光子晶体的投射特性与组成光子晶体的介质层数有关，介质层周期越大，越有利于形成禁带。
光子晶体用于生物传感器的性能优化
光子晶体用于生物传感器的性能优化生物传感器是一种能够检测、感知、分析生物分子的特殊科技，广泛应用于食品安全检测、环境监测、医学检测等领域。
随着科技的不断发展，生物传感器的研究也逐渐走向一种新的领域：光子晶体技术。
光子晶体是一种具有特殊结构的材料，能够用于光子学、光电学等多方面的研究。
光子晶体发光强度随着环境变化而变化，因此可以用于检测生物分子的浓度、活性等信息，使得生物传感器的灵敏度和可靠性都得到了提高。
然而，光子晶体用于生物传感器也有其困难之处。
其一是灵敏度问题，光子晶体发光强度与生物分子作用的信号强度成正比，而信号强度又受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、 pH值等，因此也会影响光子晶体的灵敏度。
其二是选择性问题，生物传感器需要有较好的选择性和特异性，使得它只能识别目标分子而不会被其他分子误判，但在实际应用中，由于其他分子的干扰，生物传感器的选择性和特异性都面临着挑战。
为了解决这些问题，科学家们已经做出了大量的研究，其中最为重要的是通过改变光子晶体的结构和外延材料，来提高传感器的性能。
具体而言，有以下几种方法：一、调节光子晶体的晶格常数。
光子晶体的晶格常数能够影响到其发射光波长。
利用这个特性，科学家们可以通过调节光子晶体的晶格常数，来使其适应不同的应用场景。
例如，将光子晶体的晶格常数与目标生物分子的吸收光谱匹配，就能够实现高灵敏度的检测。
二、利用表面修饰增强识别特异性。
为了调节生物传感器的选择性，科学家们还可以在光子晶体的表面上修饰一些化学基团或生物分子，以增强生物传感器的识别能力和特异性。
例如，利用表面修饰的手段，可以使得生物传感器只能与目标分子结合，而不会被其他分子所干扰。
三、嵌入功能材料提高传感性能。
为了进一步提高光子晶体的灵敏度和选择性，科学家们还利用嵌入功能材料的方法，来增强其光学性能。
例如，将金属纳米粒子嵌入到光子晶体中，可以大大增强其散射、吸收等光学响应，从而提高生物传感器的灵敏度和选择性。
光子晶体技术的研究进展与应用前景
光子晶体技术的研究进展与应用前景光子晶体是指在纳米尺度的范围内，通过控制材料的晶格结构使得电磁波的传输特性发生改变的一种新型材料。
随着纳米技术的不断发展和进步，光子晶体技术也在不断地被研究和应用。
其应用领域包括光电子学、光信息处理、基础研究等众多领域，其前景非常广阔。
一、光子晶体的基本原理光子晶体是由空气或其他物质的等间距排列的球形或柱形结构组成。
其特点是具有周期性结构，制备时要求每个元部件的大小和位置要满足一定的限制。
在光子晶体中，当光子的波长和晶格常数具有相同的数量级时，发生Bragg衍射。
由于光子晶体的等间距排列结构和Bragg衍射的原理，使得其具有优异的光学性能。
因此，光子晶体被应用在许多领域中，如光电子材料、光信息处理、生物医学等领域。
二、光子晶体的应用1.光子晶体的应用于太阳能电池光子晶体能够有效地控制光子的传输，这使其成为一个理想的材料用来提高太阳能电池的效率。
通过将光子晶体嵌入到太阳能电池中，可以增强太阳能电池的吸收效率，提高太阳能电池的转换效率。
事实上，研究发现，将光子晶体嵌入到太阳能电池中，其转换效率可以提高约30%。
因此，光子晶体在太阳能电池中的应用是非常有前途的。
2. 光子晶体的应用于生物医学光子晶体能够通过改变光子的波长，来识别某种特定的生物大分子，例如蛋白质和DNA等。
这一特点使得光子晶体在生物医学领域中的应用具有很大的潜力。
例如，可以使用光子晶体来制备高灵敏的生物传感器，以检测某种特定的生物分子。
此外，光子晶体还可以用于制备药物传输系统，以实现精准治疗。
由于其在生物医学领域的广泛应用，光子晶体技术已经逐渐成为了当今生物医学领域的热门研究课题。
3.光子晶体的应用于光纤通信光子晶体能够通过调整光子的传输效应来控制光纤中的波导，并且能够使波导具有更好的光学性能。
这使光子晶体成为一种理想的材料，用于光纤通信中的波导制备。
实际上，光子晶体在现代光纤通信网络中已经开始得到广泛的应用。
光子晶体技术的原理与应用
光子晶体技术的原理与应用近些年来，光子晶体技术在光学、光电子学、信息科学等领域中得到广泛的研究和应用，特别是在光学器件、光电器件、光传输、光刻等方面展现出前所未有的优越性。
那么，什么是光子晶体技术呢？本文将从原理与应用两方面进行深入探讨。
一、光子晶体技术的原理光子晶体技术是一种具有周期性介电常数分布的立体结构，可以引导和控制光波的传输和调制。
这种结构通常是由原子或者分子的排列而成的，其周期性可以与光波波长同步。
晶体中的原子或分子按照一定的规律排列，使得介电常数的分布出现周期性的变化，形成了“布拉格反射”的效应。
因此，能够形成这样周期性介电常数分布的材料就叫做光子晶体。
光子晶体的折射率具有Bloch 波函数的本质，而Bloch 波函数是周期性的。
因此，光子晶体可以表现出一些传统材料所不具备的特性。
例如，光子晶体可以根据不同方向的周期性结构来选择和传输光，其光学性质可以被控制和调整，可以制备出结构与物性相匹配的多功能光学材料。
此外，光子晶体具有高品质因子，可以将光的半波长级别的能量完全聚焦在微型尺度中。
因此，光子晶体具有较高的应用价值。
二、光子晶体技术的应用1. 光子晶体光波导器件光子晶体光波导器件是一种利用光子晶体技术制备的微型光学器件，在光通信和光电子器件方面具有广泛应用。
该器件具有高品质因子，能够将光线引导入微型管道，从而可以将光能耗尽地传输，实现低损耗的信息传递。
此外，光子晶体光波导器件还可以用于制备高灵敏度、高准确度、小体积的物理传感器，例如微型压力传感器、光纤加速度计等。
2. 光子晶体微透镜微透镜是光电器件中的重要组成部分，可以把光分散或者聚焦在微小区域，从而提高光学设备的分辨率和功效。
利用光子晶体技术可以制备出光子晶体微透镜，这种微型透镜可以将光线聚焦在读写光盘上，或者用于生物医学等领域的光谱学分析，具有精度高、体积小的特点。
3. 光子晶体分光器光子晶体分光器是一种利用光子晶体技术实现光学分离的器件，可以将不同频率的光线分离出来，从而实现光的光谱学分析。
《光子晶体》课件
2 光刻技术
利用光刻技术在材料上 制造微细结构，形成光 子晶体的周期性结构。
3 多晶体堆叠
将多个具有不同周期性 的光子晶体堆叠在一起， 实现更复杂的光子晶体 结构。
光子晶体在光学器件中的应用
光学滤波器
利用光子晶体的能隙特性，制作用于波长选择性滤波的光学器件。
光学波导
将光子晶体结构引导和限制光束的传播路径，实现高效率的光学波导器件。
总结和展望
光子晶体作为一种具有周期性电介质结构的材料，具有广泛的应用前景。未 来，随着技术的进步和研究的深入，光子晶体将在光学领域发挥更重要的作 用。
光子带隙
光子晶体中的周期性结构导致 能隙的出现，使得特定波长的 光波无法传播，从而实现对光 的波长过滤和光学调制。
光束限制
光子晶体可以通过调整结构和 原材料的属性，使光束在特定 方向和模式下被限制和引导， 实现光的高度定向传输。
光子晶体的应用领域
1
光子芯片
2
光子晶体可用于制造微型光子芯片，
实现集成光学元件和光电子器件，为
电子芯片提供高速和低能耗的替代方
3
案。
光通信
光子晶体可用于制造光纤耦合器、波 分复用器、光开关等器件，提高光通 信的带宽和传输速率。
光传感器
光子晶体可用于制造高灵敏度光传感 器，用于环境监测、光学成像和生物 医学应用。
光子晶体的制备方法
1 自组装
通过控制材料的自组装 过程，制备具有周期性 结构的光子晶体。
激光器
通过在光子晶体材料中引入激光介质，制造高质量和高效率的激光器。
光子晶体的未来发展趋势
1
Hale Waihona Puke 超材料结合结合光子晶体与其他类似光学材料如金属和二维材料，构筑功能更强大的光学器 件。
光子晶体的制备及其应用
光子晶体的制备及其应用光子晶体，是一种能够控制光子传导和储存的新材料，在光子学、光通信、微电子学、化学和生物医学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光子晶体的制备方法及其应用。
一、光子晶体的制备方法光子晶体的制备方法主要包括模板法、垂直自组装法、微影法等，其中模板法是目前应用最广泛的制备方法之一。
以下分别介绍这三种方法。
1. 模板法模板法是通过在模板表面沉积光子晶体的方法来制备光子晶体的。
模板一般有硅胶、聚氨酯、聚焦炭等材料，具体的制备步骤分为以下几个步骤：(1) 制备模板先制备好需要成为模板的材料，如硅胶。
将硅胶涂在玻璃表面，然后将其放入硫酸铜溶液中进行氧化，使硅胶在玻璃表面形成孔洞。
(2) 沉积光子晶体将需要制备的光子晶体材料制成溶液，然后将其滴到硅胶孔洞中，等待其自主形成晶格结构。
最后，用乙醇将硅胶与溶液分离，即可得到光子晶体。
2. 垂直自组装法垂直自组装法是一种利用表面张力使自组装颗粒排列成为光子晶体的方法，主要分为三个步骤：(1) 表面处理将衬底表面进行化学或物理处理，使得粒子可以自由组装。
(2) 悬浮颗粒将粒子置于液体中，然后将液体滴到表面处理后的衬底上，利用表面张力使粒子自动排列成为光子晶体。
(3) 固化晶体将光子晶体放置于紫外灯下进行固化，以保持其原有结构。
3. 微影法微影法是一种通过光默认技术制备光子晶体的方法。
以二氧化硅为例，其制备步骤如下：(1) 制备基板将尽量平整的硅片进行表面处理，使得光可以很好地穿透并形成图案。
(2) 光刻将需要形成的光子晶体图案进行设计，然后用光刻胶对硅片进行覆盖。
(3) 电荷转移将光照射光刻胶，使其发生电荷转移，从而使得光刻胶固定。
(4) 刻蚀利用刻蚀技术将硅片中的光刻胶和不需要刻蚀的硅部分进行区分，最终得到光子晶体。
二、光子晶体的应用由于其微小的尺寸和无规则的结构，光子晶体具有许多惊人的特性和应用。
以下列举几个主要的应用领域：1. 光子学作为一种光绝缘体材料，光子晶体具有很多特殊的光学性质。
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光子晶体的应用引言光子晶体是随人们对光控制的需求应运而生的，也是现代通信发展的需要。
在过去的几十年旱，半导体技术在人们日常生活中扮演重要的角色。
现代高科技的发展要求集成电路微型化和高速化，但是微型化将导致电阻增加和更高的能量损耗：高速则导致对信号同步化的敏感性。
为提高集成密度和系统的性能，科学家把目光从电子转向了光子。
与电子相比，光子的优点是：高速、大容量、低损耗；缺点是：传统光学对光的控制主要依赖于全内反射原理，但与波长相比，高低折射率的介质界面必须足够大，因此限制了光学器件的微型化。
依靠传统的介质材料，设计～个类似电子晶体管那样的小的光学器件是非常困难的。
光子晶体则提供了一种完全不同的对光的控制原理，这种对光予的操控能力，为光子器件提供了新的发展空间。
目前科学家正尝试用光子取代电子作作为讯息载体，希望解决此类的问题。
1.光子晶体简介1．1光子晶体的由来与概念光子晶体是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。
由于介电常数存在空间上的周期性，引起空间折射率的周期变化，当介电系数的变化足够大且变化周期与光波长相当时，光波的色散关系出现带状结构，此即光子能带结构(Photonic Band structures)。
这些被禁止的频率区间称为“光子频率带隙”(Photonic Band Gap，PBG)，频率落在禁带中的光或电磁波是被严格禁止传播的。
我们将具有“光子频率带隙”的周期性介电结构称作为光子晶体。
特别需要指出的是，介电常数周期性排列的方向并不等同于带隙出现的方向，在一维光子晶体和二维光子晶体中，也有可能出现全方位的三维带隙结构。
光子晶体这一概念最初是从控制光的自发辐射角度提出来的。
光的自发辐射是激发态原子跃迁至较低能级，并以光辐射的形式释放出能量的一种现象。
1987 年Yablonovitch[”指出，折射率在三维空间以^／2为周期的变化，会导致在波长五附近，对所有传播方向的电磁波存在一个共同的禁带，就像晶体中的电子具有能量禁带一样。
由于光子和原子问的耦合与原子的始末状态密度有关。
如果电磁波的带隙与电子能带带边重叠，那么电子、空穴的辐射复合就会因状态密度的减少而被强烈的抑制，介质结构在理论上讲是没有损耗的，这种抑制将会比金属波导更为彻底。
据此，可以设计一些特殊的介质结构，按照需要来“剪裁”电磁波的色散关系，使电磁波的状态密度适当得被压缩或增加，甚至使某些状态密度为零，相应器件的模式就能得到控制，以满足器件工作的要求。
与一般的晶体相类比，把具有不同介电常数的介质材料在空间按一定周期排列起来构筑光子晶体，使其中的光子具有与自然晶体中电子相类似的行为，这种具有周期性介质结构的晶体就称为光子晶体(Photonic Crystal，PC)。
图1．1．1为抽象的光子晶体的结构示意图。
其中可以明显看到光子晶体中的周期性结构。
根据布洛赫定理，光子晶体的这种周期性将会使电磁波的色散关系结成带状结构，带与带之间有可能会出现类似于半导体里的禁带，即“光子禁带”(Photonic Band Gap，PB6)。
如果只在一个方向上具有周期性，光子禁带就只能出现在这个方向上；如果存在三维的周期性结构，在合适的参数与结构下，这种人造的晶体会具有所有方向的完全光子带隙，只要光子的频率在此范围，不论它的传播方向如何，它在光子晶体中的传播都将被禁止。
这样，光子晶体不仅可以控制光的自发辐射，也可以控制光子的传播行为。
1．2光子晶体的特征光子晶体外观上的直接特征就是结构的周期性，从理论上来讲，这种周期性就是指出了光子晶体最根本的特征是具有光子能带，在具有完全禁带的光子晶体中，落在禁带中的光子是被禁止传播的。
当原子被放在一个光子晶体里，它的自发辐射频率正好落在光子禁带中，由于自发辐射的几率与光子态的数目成正比，那么该光子态的数目为零使自发辐射被完全抑制。
图1．1．2是一些人造光子晶体的实物图示，可以明显看出周期性的存在，而周期性排列的不同，导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应，也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播。
如果只在一个方向上存在周期性结构，那么光子带隙只能出现在这个方向。
光子晶体的另一个主要特征是可以实现光子局域态。
当光子无缺陷时，根据其边界条件的周期性要求，不存在光的衰减模式。
但是，一旦晶体原有的对称性遭到破坏，即有了缺陷，在光子晶体的禁带中就可能出现频宽极窄的缺陷态或局域态。
因为光被禁止出现在光子晶体带隙中，所以我们可以预见能够自由控制光的行为。
1．3光子晶体的应用光子晶体的应用范围非常广泛。
利用光子晶体具有光子禁带基本性质，可以将其用作光子晶体全反射镜和损耗极低的三维光子晶体天线；利用光子禁带对原子自发辐射的抑制作用，可以大大降低因自发跃迁而导致复合的几率，可以设计制作出无域值激光器和光子晶体激光二极管；通过在光子晶体中引入缺陷，使得光子禁带中产生频率极窄的缺陷态，可以制造高性能的光子晶体光滤波器；单频率光全反射镜和光子晶体光波导：如果引入的是点缺陷，则可以制作成高品质因子的光子晶体谐振腔；而二维光子晶体对入射电场方向不同的TE、TM偏振模式的光具有不同的带隙结构，又可以据此设计二维光子晶体偏振片，只要这两种偏振模式的禁带完全错开就可以获得单一模式的透射光，这种偏振光具有很高的偏振度和透射率。
当然，综合利用光子晶体的各种性能，还可以有其他更广泛的应用，如光开关、光放大器、光聚焦器。
另外，如果用金属、半导体与低介电常数材料组成光予晶体以及无序光子晶体，则都会因为其特殊结构而产生一些特殊性质，从而能够制造出一些新型光学器件。
总而言之，由于光子晶体的特点决定了其优越的性能，因此它极有可能取代大多数传统的光学产品，其前景和即将对经济、对社会发展产生的影响是不可估量的。
光子晶体最重要的应用是缺陷的引入，它将使带隙中形成相应的缺陷能级，而如果沿着一定的路线引入缺陷，那么就可以形成一条通路——缺陷条纹，沿着这条条纹，光予得以顺利传播，其它任何试图脱离这条通路的光子都将被禁止，理想状态下，这实现了一条无任何损耗的光通路，而光子晶体光纤正是基于这样一种机理所发展起来的。
而这也正是光子晶体应用的主导思想。
2.主要应用领域2.1光子晶体光纤光子晶体光纤(Photoni c Crystal Fiber，PCF)是一种光子晶体，它是不完全光子晶体最重要的应用之一。
它是由带有缺陷的二维光子晶体延展而成。
简单地说，光子晶体光纤就是在二维光子晶体纤维的K度方向上制造缺陷，从而能够导光的光波导。
1996年，英国南安普顿大学的研究小组首次拉制成第一根光子晶体光纤，如图所示。
光子晶体光纤可以根据其不同的导光原理分为两类，即全内反射(Total Internal Reflection，TIR)光纤和带隙波导(Band Gap Guidance，BGG)光纤。
对于光子晶体光纤的导光原理，这里按照两个分类分别说明。
对于带隙波导光纤，前面所简述的光子晶体导光机理既是其能够导光的机理所在，即规则排列的光子晶体使得晶格结构在光纤横截面方向形成了二维禁带，在一定频率范围内的光无法在横向传播，而当该结构中引入缺陷时，就会在禁带中产生局域态。
PCF就有可能利用这个局域态沿着光纤纵向导光，即PBG导光。
不过，禁带的出现是有条件的，孔直径和孔间距的大小要大于一定值的时候才可以出现禁带。
这种导光方式除了要求较大的气孔外，还要求较准确的气孑L排列。
对于全反射结构，我们可以发现这种结构的光纤都是芯部的空气孔缺失形成纤芯，而外围的周期性区域相当于包层，纤芯和包层之间存在着有效折射率的差，光纤在有效折射率差形成的纤芯和包层中发生全反射传播。
由于它的导光机理不同于带隙结构的光子晶体光纤，不需要通过光子禁带的束缚来导光，因此它不要求较大的空气孔，排列的精确程度也要求不大。
光子晶体光纤所具有的优点：通过改变空气孔的大小和排列而使PCF特性的改变具有可调节性，预示着PCF将会有广泛的应用前景。
研究光子晶体光纤具有以下几个重要的意义:第一，由于在这种光纤中，光能量主要在孔芯中传播，与传统光纤的全内反射原理不同，这种光纤允许出现大于直角的光路弯曲，甚至可以在弯曲曲率半径小于波长的条件下传播，IN而可以在光祸合系统中极大地提高祸合效率和弯曲状态下的传光效率;第二，比其他光纤明显的另一个优势是，其工作过程很少受到光波与纤芯中固态材料之间的相互作用(吸收或非线性)的限制，它可以大大地限制光纤的非线性效应带来的影响;第三，如果在空芯中充入特定的气体或一定折射率的液体，它们与传导模式中的光可能有非常强的相互作用，这在气体传感及检测、利用非线性过程产生多种光波长，以及进行材料的非线性光学性质研究方面有极为广泛的用途。
2.2光子晶体LED光子晶体随著波长不同，会出现于周期性的结构，可以分别发展出一次元、二次元及三次元的光子晶体。
而在这些结构当中，最出名的应该是属于三次元的光子晶体结构，但是，三次元的光子晶体在制造上及商品化，就今天的技术而言是非常困难的。
原因是目前主要研究的领域还是保留在二次元的光子晶体，所以，今天在LED 领域各业者相竞开发的光子晶体LED，也是二次元的光子晶体。
一般的材料构造是属于固定构造，所以材料本身会具有的一定的折射率。
波数（Wave Number）与频率对于一般材料折射率的影响，横轴是物质的波数（Wave Number）、纵轴是频率、斜线就代表折射率。
折射率是非常等比例的成长，也就是代表说不管什么样的波数、什么样的波长，它的折射率都是一定的。
那么光子晶体是什么样的结构，再从另外一个角度来说明。
光子晶体的特性就是周期构造，也因此会产生多重反射。
光子晶体所构成的波数矢量数和光的频率比例，频率的曲线不是那么单纯，曲线已经会变得非常复杂，这个曲线会随著光的多方向性，就是异向性而出现变化，而随著它的偏光性，就可以运用来设计出不同的产品。
光子晶体它有一个很出名的特性，相信大家都知道，就是它有一个光能隙。
在光能隙这个区域里面，光线是不存在的。
这边的曲线也跟图一A 是的斜率意义是一样的，是折射率的相反。
只要在这一点，斜率等于零。
所以在这一点以外，光的速度就不会产生零这个现象。
所以也可以说，光子晶体也可以控制光的速度。
利用它的特性，可以制作出光子晶体LED。
大致上可以分为2 种，一种是LED，一种是雷射二极管（Laser Diode）。
LD 雷射二极管部分我们可以分为光子晶体 DFB 雷射二极管（Photonic crystal DFB LD）与Photonic crystal defect LD。
光子晶体DFB 雷射二极管是大家比较了解的结构，其雷射值可以控制在非常低的区域来做发射，这样子的结构，是必须存在光能隙的区域，也因为是如此，所以这样结构要实现商品化是比较困难。