光子材料
光子材料
科学家们在假设 光子也可以具有类 似于电子在普通晶 体中传播的规律的 基础上发展出来的
光子晶体简介
晶体内部的原子是周期性有序排列的，这 种周期势场的存在，使运动的电子受到周期 势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带 与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果 落在带隙中，就无法继续传播。 相似的，在光子晶体中是由光 的折射率指数的周期性变化产生 了光带隙结构，从而由光带隙结 构控制着光在光子晶体中的运动。
翅膀鳞粉具有光子晶体结构的蝴蝶
在生物界中，也不乏光子晶体的踪 影。以花间飞舞的蝴蝶为例，其翅 膀上的斑斓色彩，其实是鳞粉上排 列整齐的次微米结构，选择性反射 日光的结果.
2003年ANDREW R. PARKER等 发现一种澳洲昆士兰的东北部 森林的甲虫（Pachyrhynchus argus），它的外壳分布有和蛋 白石一样的光子晶体结构类似 物，其具有从任何方向都可见 的金属色泽。 这种栖息于大陆棚上﹐有着刺 毛的低等海生无脊椎动物`海毛虫 (sea mouse)`具有引人瞩目的虹彩。 此种海毛虫的刺毛是由为数众多之 六角圆柱体层层叠积形成的结晶状 构造物,其具有与光子晶体光纤 (photonic crystal fiber)--一样的物 理属性。这种刺毛亦能捕捉光线且 仅反射某些波长的色光﹐而发出鲜 明色彩
利用光子晶体可以 抑制某种频率的微波传 播的原理，可以在手机 的天线部位制造维播放 护罩，从而避免对人体 有害的微波辐射直接照 射手机用户的头部。这 种技术目前还没有成熟， 但是至少有一个美好的 前景。
手机的危害
手机是一个小型的、但能量极强的 电磁波发生器，其工作频率890MHz 到965MHz，辐射出的电磁波对人体 细胞具有极强的致畸作用。手机在使 用过程中，这种电磁波始终围绕着人的 头部。长期、高频率使用手机，会造成 正常脑的支持细胞——胶质细胞DNA 分子链的 电离损害，导致DNA碱基分 子链的断裂，引起细胞的癌变
光子晶体材料的制备和应用
光子晶体材料的制备和应用光子晶体材料是一种具有周期性结构的材料，其具有许多独特的物理性质，例如光子禁带、衍射等，因此被广泛地研究和应用。
本文将介绍光子晶体材料的制备方法和应用领域。
一、光子晶体材料的制备光子晶体材料可以通过多种方法制备，其中较为常用的是自组装法和光刻法。
1. 自组装法自组装法是一种简单、经济和高效的制备光子晶体材料的方法。
其基本原理是通过分子间的自发排列形成周期性结构。
常用的自组装方法包括溶剂挥发法、热退火法、电沉积法等。
溶剂挥发法是一种将共溶或不相溶的有机溶液溶液混合后，静置让其自行挥发，使分子有序堆积形成光子晶体材料的方法。
实验中可以通过控制溶液的挥发速度、浓度和温度等条件，控制光子晶体材料的结构和性质。
热退火法是一种通过控制溶液的风速、温度和时间等参数，在自组装过程中引入热处理，促进分子之间的有序排列形成光子晶体材料的方法。
不同的热退火条件可以得到不同的光子晶体结构和性质。
电沉积法是一种利用电化学原理，在电解液中通过电极反应控制分子的有序排列形成光子晶体材料的方法。
这种方法具有可重复性好、制备周期短等优点。
2. 光刻法光刻法是一种将薄膜刻蚀成预设图案的方法，常用于制备微观器件和光学器件等。
其基本原理是通过将光子晶体材料上涂覆一层光敏聚合物，然后利用光刻机对该层光敏聚合物进行曝光和刻蚀，形成预设图案。
最后再将刻蚀后获得的模板用来制备光子晶体材料。
二、光子晶体材料的应用光子晶体材料具有许多独特的物理性质，被广泛地研究和应用于生物医学、光电器件、传感器等领域。
1. 生物医学应用光子晶体材料可以应用于生物成像、药物传输和治疗等方面。
例如，利用光子晶体材料的光学性质，可以实现对细胞、组织和生物分子等的高灵敏成像。
同时，光子晶体材料还可以作为药物载体，将药物封装在材料中，实现定向输送和释放，提高药物治疗效果，并减少药物的副作用。
2. 光电器件应用光子晶体材料可以应用于光电器件中，例如太阳能电池、发光器件等。
光子晶体的结构与应用
光子晶体的结构与应用光子晶体，又称为光子晶体材料，是一种具有周期性介电常数的固体材料，类似于晶体，但周期性结构的尺寸为光波长级别。
光子晶体因其特殊的光学性质而备受关注，其结构层次丰富，可实现多种不同尺度下的光子结构（包括光子禁带结构、超禁带结构等），且与其它材料相比，具有诸多独特优势。
本篇文章将在介绍光子晶体的结构基础上，深入探讨其在光学通讯、传感、污水处理等领域的应用前景。
一、光子晶体的结构光子晶体是通过不同的物理或化学方法，在各向异性介质中刻划出周期性结构，实现不同场区的光子化学反应实现的．如图1所示，光子晶体的周期结构可以分为一维、二维、三维等不同维数，不同维数的周期结构会造成不同的光透射效应。
一维光子晶体的周期结构为沿一个方向的周期性重复，其禁带宽度较窄，但成本低、制备较快；二维光子晶体的周期结构为平面上的周期性重复，禁带宽度较大；三维光子晶体的周期结构空间排列有序，禁带宽度更大，应用范围更广。
图1. 不同维度的光子晶体周期结构示意图光子晶体的周期结构与电子晶体类似，但两者的禁带原理不太相同。
电子晶体由于自由电子在晶体中的运动过滤，给予电子带结构以禁带，电子难以进入禁带，因此表现出在某些波长下，电子难以通过这种晶体的调控传输；而光子晶体由于介电常数的变化，形成了电磁场在其中的反射与折射，对于某些频率的光线，有反射或透射的效应，形成了禁带（fig.2和fig.3）。
对于这些频率的光，它们的波动受到这个周期结构的影响会发生衍射、反射、折射等，而被过滤掉的光则被视为禁带宽度。
因此，光子晶体结构可以控制光的传输，从而实现许多有用的光学功能，这些功能在吸收、发光、散射、场激发等方面体现出来。
图2. 光子晶体禁带图示图3. 光子晶体禁带与波长的关系示意图二、光子晶体的应用1. 光学通讯领域光子晶体中的禁带结构可以阻止特定频段的光线通过，因此可以实现高效的光信号传输和过滤。
这一特性在光学通讯和电子技术中有广泛应用。
生物光子学材料的研究与应用
生物光子学材料的研究与应用近年来，随着科技水平的飞速发展，越来越多的新材料被不断研发出来并广泛应用于各个领域。
其中，生物光子学材料就是一个新兴的研究方向，其在医学、能源、通讯和环保等方面均有着广泛的应用前景，备受研究者的关注。
1. 生物光子学材料的简介生物光子学材料指的是那些能够与光子（即电磁辐射的粒子）相互作用并产生光学效应的生物大分子或其复合物。
这些材料可以分为有机和无机两类。
有机生物光子学材料通常是一些具有发光性质的有机小分子，如氧化物、芳香化合物等。
这些材料与光谱仪等装置广泛应用于生物分子检测、生物成像和分子荧光探针等领域。
而无机生物光子学材料则是一些具有优异光学性能的无机晶体等材料。
这些材料可以用于制备各种激光器、光纤通讯器材和生物成像器材等。
2. 生物光子学材料的应用2.1 生物光子学材料在医学领域中的应用生物光子学材料在医学领域中具有广泛应用前景，例如光动力疗法就是利用生物光子学材料作为光敏剂进行治疗。
光动力疗法利用光敏剂吸收光能，在特定波长下产生活性氧，从而引发细胞坏死、凋亡、血管闭塞、细胞周期阻滞等影响。
该技术目前主要应用于肿瘤治疗、皮肤病治疗、神经退行性疾病和舍恩-霍夫曼综合症等疾病的治疗。
此外，生物光子学材料还可以用于生物成像和细胞分析，可利用其对生物分子的选择性识别作用，定点标记生物分子，实现对细胞、组织和整个生物体的三维成像、快速探测细胞分子内部结构和生理过程。
2.2 生物光子学材料在能源领域中的应用生物光子学材料在太阳能电池组件中也有应用。
例如，通过合成具有向日葵素光敏染料的聚合物，可以帮助半导体太阳能电池捕获更多光能，提高电池的电量输出效率。
这项技术的出现将有助于未来可再生能源的普及和发展。
2.3 生物光子学材料在通讯领域中的应用生物光子学材料在光传输和光通讯中的应用也具有巨大的潜力。
近年来，某些生物光子学材料被成功地用于光传输和光通讯中，例如光纤通讯、激光器、光波导等。
光子晶体材料在生物传感中的应用研究
光子晶体材料在生物传感中的应用研究引言：生物传感技术在医学诊断和疾病治疗中扮演着重要角色。
近年来，随着纳米材料的发展，光子晶体材料作为一种新兴材料，在生物传感领域展现出了广阔的应用前景。
本文将探讨光子晶体材料在生物传感中的应用研究，以期呈现出其丰富性和多样性。
光子晶体材料概述：光子晶体材料具有周期性多孔结构，并对特定波长的光具有选择性反射或透射特性。
通过调控其结构和组分，光子晶体材料可以实现对特定波长的光的探测和传感，从而在生物传感中有广泛的应用潜力。
光子晶体材料在荧光传感中的应用：一种常见的生物传感应用是基于荧光信号的检测。
光子晶体材料可以通过与目标分子的相互作用，探测并产生特定的荧光信号。
例如，将特定的生物分子修饰在光子晶体表面，当目标分子与其结合时，荧光信号会发生明显变化。
这种方法可以用于生物大分子的检测和分析，如蛋白质、核酸等。
光子晶体材料在生物分子检测中的应用：除了荧光传感外，光子晶体材料还可以应用于生物分子的检测。
光子晶体材料的多孔特性可以用于实现生物分子的高灵敏度和高选择性检测。
例如，将具有特定亲和性的生物分子固定在光子晶体表面，当目标分子结合时，会引起光子晶体的结构变化，从而可以通过光学信号来检测目标分子的存在。
光子晶体材料在细胞成像中的应用：除了传感应用，光子晶体材料还被广泛应用于细胞成像领域。
由于其可调控的光学性能，光子晶体材料可以用于改善细胞成像的分辨率和对比度。
通过修饰光子晶体表面并引入特定的生物分子，可以实现对细胞内特定成分的可视化，并有助于进一步研究细胞内的生物过程。
光子晶体材料在药物传输中的应用：光子晶体材料还可以用作药物传输的载体。
由于其多孔结构，光子晶体材料可以通过吸附或包裹药物，并进行控释。
此外，光子晶体材料的光敏性质可以通过外界光的刺激来实现药物的精确释放，从而提高治疗效果和减少副作用。
结语：光子晶体材料作为一种新兴材料，在生物传感领域展现出了广泛的应用前景。
光子晶体材料的性质及其应用
光子晶体材料的性质及其应用随着科技不断进步发展，材料领域也不断涌现各种新材料。
其中，光子晶体材料引起了广泛的关注和研究。
它是一种由周期性的折射率变化构成的材料，具有许多优异的性质和应用。
本文将介绍光子晶体材料的性质及其应用。
一、光子晶体材料的基本结构和性质1.基本结构光子晶体材料的基本结构是周期性的空气和介质的层状结构。
其中，空气具有比介质更低的折射率，二者交替排列，形成了周期性的光子带隙。
这些光子带隙可以阻挡光子的传播，从而实现光子晶体材料的各种奇妙性质。
2.折射率光子晶体材料具有非常稳定的光学性质，其折射率可以在很大程度上进行调控。
这是由于光子晶体材料的周期性结构，经过一定处理后，可以使折射率发生变化，从而实现对光子的控制和调控。
3.光子带隙光子晶体材料的周期性结构可以阻挡特定波长范围光子的传播，这被称为光子带隙。
这些光子带隙的大小和位置可以随着光子晶体材料结构的改变而变化，这使得光子晶体材料在各种领域的应用具有非常广泛的前景。
二、光子晶体材料的应用1.传感器光子晶体材料的周期性结构可以被用作各种各样的传感器。
由于光子晶体材料的折射率可以随着外部环境的改变而发生变化，因此可以对光子晶体材料进行不同的处理和改变结构，使得它对物理、化学和环境参数等的敏感度得到很好的控制。
这为制造高灵敏传感器提供了一个有效的途径。
2.光子晶体激光光子晶体材料由于具有宽禁带隙和高折射率差，因此具有开发新型微型激光器的潜力。
与传统激光器相比，光子晶体激光器具有更小的模式体积和更好的束缚能力。
这些优点使得光子晶体激光器在各个领域都有广泛的应用。
3.光子晶体光学波导光子晶体材料的周期性结构使得它可以被用作光束引导器和光学开关。
在光学通信和数据存储中，光子晶体光学波导被广泛应用。
它具有低损耗、高质量因子和可控制的传送特性等优越性能。
4.光子晶体滤波器光子晶体材料还可以用作高效的光滤波器和光谱分析器。
光子晶体材料的周期性结构使得它能够精细控制光的传播和反射，从而实现了很好的滤波效果。
光子晶体材料
光子晶体材料光子晶体材料是一种新型的光学材料，具有优异的光学特性和广泛的应用前景。
本文将介绍光子晶体材料的原理、制备方法和应用领域。
一、光子晶体材料的原理光子晶体材料是一种具有周期性结构的材料，其结构中的周期性阵列会对光波的传播和能带形成产生调控作用。
通过调控光子晶体材料的结构，可以实现对光波的反射、吸收、散射等特性的精确控制。
其基本原理是利用晶格常数与光波波长之间的相互作用，形成能带结构，控制光的传播特性。
二、光子晶体材料的制备方法1. 自组装法：利用溶液中的光子晶体颗粒自发排列形成有序结构。
例如，可以利用胶体颗粒在溶液中的沉降过程，通过调节颗粒浓度、粒径和溶液pH值等参数来实现自组装。
2. 模板法：利用微米或纳米级模板来制备光子晶体材料。
例如，可以利用多孔材料模板或光刻技术制备具有所需结构的光子晶体材料。
3. 非球形颗粒组装法：利用非球形颗粒通过絮凝、沉积或压缩等方式来形成光子晶体材料。
例如，可以利用纳米棒、多面体颗粒等非球形颗粒来制备具有多样化结构的光子晶体材料。
三、光子晶体材料的应用领域1. 光子晶体传感器：由于光子晶体材料对不同波长的光具有高度选择性吸收或散射，因此可以应用于传感器领域。
通过改变光子晶体材料的结构，可以实现对特定化学物质、生物分子等的高灵敏度检测。
2. 光子晶体光伏材料：光子晶体材料对光波的调控能力使其在太阳能电池领域具有广阔应用前景。
通过调节光子晶体材料的能带结构，可以提升光伏转换效率。
3. 光子晶体显示器件：光子晶体材料的结构调控特性使其在显示器件领域具有潜在应用。
通过改变光子晶体材料的结构，可以实现光波的频率调制，从而实现对显示器件的图像增强或色彩调节。
4. 光子晶体光纤：光子晶体材料在光纤领域的应用也具有广泛的前景。
其特殊的光学性质可以实现对光波的调控和传输，提高光纤通信的速率和稳定性。
综上所述，光子晶体材料是一种具有非常广阔应用前景的光学材料。
通过调控光子晶体材料的结构，可以实现对光波的精确控制，从而应用于传感器、光伏材料、显示器件和光纤等领域。
光子晶体材料在生物医学领域的应用
光子晶体材料在生物医学领域的应用在当代，越来越多的研究表明，光子晶体材料在生物医学领域具有广泛的应用前景。
光子晶体是一种由周期性介质所组成的具有光子晶体带隙的材料，常见的有自组装光子晶体、纳米毛细管光子晶体等。
1. 光子晶体的传统应用传统上，光子晶体材料被用于光电子学领域，如传感器、光学波导、光控反射镜等。
它们的存在可以衍射反射光线，并且具有特定的结构和反射性质，因而适用于各种传感器的制备、光学振动谐振器、光学放大器和非线性光学器件等领域。
2. 光子晶体材料的生物医学应用然而，随着生物医学领域的发展，人们开始利用光子晶体材料的特性开拓新的应用领域。
生物医学应用涉及到光子晶体材料的物理、化学、生物学等多个学科领域。
2.1. 光子晶体在细胞成像方面的应用在细胞成像方面，光子晶体在细胞光学微影技术中具有大潜力。
细胞的内部结构和功能影响到其行为和特定疾病的发生。
通过使用可调控的蛋白质标记物在细胞内形成光子晶体，可扩大显微镜成像的层次，并且能够提供非常高分辨率的图像。
这种技术在癌症和神经系统疾病的诊断和治疗中非常有前途。
2.2. 光子晶体在药物输送、刺激响应系统等方面的应用光子晶体还可以作为药物输送的载体。
在传统的药物给药方式中，药物在体内的过程较为复杂，可能会有毒性副作用，而光子晶体可以带来许多优势。
如在特定的情况下释放药物，对器官产生刺激，从而在皮肤科、癌症治疗和神经系统疾病等领域得到应用。
2.3. 光子晶体在支架、组织工程等方面的应用一些最新的研究表明，光子晶体也可以作为支架用于组织重建。
组织构建支架是生物医学领域的热门话题，它可以促进组织或器官的再生和修复。
光子晶体制备过程具有很高的可控性，因此可以制备出各种形态、大小和孔洞分布的组织工程材料。
这种新型材料可以用于体内的组织工程，取代缺损的组织。
2.4. 光子晶体在检测基因、蛋白等方面的应用随着生物医学领域的发展，越来越多的科学家们开始将光子晶体材料用于检测基因和蛋白。
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三、光子晶体应用
1.微波领域中的应用 1.1天线 1.2手机的辐射防护 1.3光子晶体激光器
1.1微波领域中的应用—天线
普通天线
传统的微波天线制备 方法是将天线直接制备 在介质基底上，导致大 量的能量被天线基底所 吸收，效率很低。一般 用GaAs（钙、砷）介质 作基底的天线，98%的 能量损耗在基底中，只 有2％的能量被备 三、光子晶体应用 四、光子晶体展望
一 、光子晶体简介
• 光子晶体（photonic crystal） 是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学 微结构材料，其最根本的特征是具有光子禁带。
光子晶体图示
光子晶体简介 光子晶体概念的产生：
众所周知，很多的研究 都是起源于对自然界不同领 域存在类似现象的假设开始 的。因为宇宙万物遵循着相 同的规律，即使外表再怎样 的千变万化，而内在的规则 却是有着高度一致性。
光子晶体简介
最初光子晶体的人工制备：
1989年，Yablonovitch及Gmitter首次 尝试在实验上证明三维光子能带结构的存 在。实验中采用的周期性介电系统是Al2O3 块材中，按照面心立方(face-centered cubic, fcc) 的排列方式钻了将近八千个球状 空洞，如此形成一个人造的巨观晶体。 三 氧化二铝和空气的介电常数分别为12.5和 1.0，面心立方体的晶格常数是1.27。根据
2.1电子计算机技术中的应用--CPU
整合各种光子晶体相关结构所设计的集成光路之想象图
2.2电子计算机技术中的应用--光纤
传统光纤的缺点
不同波长的光穿过光纤纤芯的 速度也不同。考虑长距传输时，在 信号中就将出现时间延迟，所以信 号就需要在不同的波长编码。光纤 纤芯越粗延迟越厉害，通过这样的 纤维的一个光脉冲变宽，必将限制 能精确接收的数据率。
光子晶体简介
自然界中的光子晶体： 光子晶体虽然是个新名词，但自然界中 早已存在拥有这种性质的物质。
自然界中的光子晶体
盛产于澳洲的宝石蛋白石(opal)。蛋白石是由二氧化硅纳米球 (nano-sphere)沉积形成的矿物，其色彩缤纷的外观与色素无关， 而 是因为它几何结构上的周期性使它具有光子能带结构，随着能隙位置 不同，反射光的颜色也跟着变化；换言之，是光能隙在玩变色把戏。
第七讲：光子材料
元昭君 张洁琼 张秀兰 王慧琴 苗钰阳 党永欣 蔡婕 魏琪 董留岩 王明远 陈龙
引言：
• 光子代替电子作为信息的载体是人们的一个共识，因为光子技 术具有高传输速度、高密度及高容错性等优点。然而，由于光 子不像电子一样易于控制，光子器件远不如电子器件成熟，致 使光信息技术仅仅在信息传输中得到应用，而且是最基本的信 息功能。 • 研究光波与新型光子材料的相互作用，探索利用光子材料对光 子的操纵和控制，是发展新型光子器件的基础，对光计算、全 光通信等领域具有重要的理论和实际意义。 • 周期性微结构光子材料，如布拉格光栅、光子晶体、光学格子、 超常介质等，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能，是发展 全光器件的理想材料。下面我们主要一起来了解一下光子晶体 在现实生活中有哪些具体应用以及他们的发展前景。
利用光子晶体可以 抑制某种频率的微波传 播的原理，可以在手机 的天线部位制造维播放 护罩，从而避免对人体 有害的微波辐射直接照 射手机用户的头部。这 种技术目前还没有成熟， 但是至少有一个美好的 前景。
手机的危害
手机是一个小型的、但能量极强的 电磁波发生器，其工作频率890MHz 到965MHz，辐射出的电磁波对人体 细胞具有极强的致畸作用。手机在使 用过程中，这种电磁波始终围绕着人的 头部。长期、高频率使用手机，会造成 正常脑的支持细胞——胶质细胞DNA 分子链的 电离损害，导致DNA碱基分 子链的断裂，引起细胞的癌变
解决方法
假若用光线来代替电子传递信号，则可以让生产百亿Hz（1012 Hz）的 个人电脑成为可能。这种高速的处理器可以用“光子晶体”（quasicrystal） 的物质所产生的光成分实现。这些材料均具有高度的周期性结构，这种周 期性可以用来控制和操纵光波的产生和传播。 目前人们是依靠电子来实现微电子技术革命，今后则将依靠光子来继 续这场革命，这就需要能捕获和控制光传播方式的光子晶体之类的新材料。 而光子晶体正是可以胜任这种工作的材料
翅膀鳞粉具有光子晶体结构的蝴蝶
在生物界中，也不乏光子晶体的踪 影。以花间飞舞的蝴蝶为例，其翅 膀上的斑斓色彩，其实是鳞粉上排 列整齐的次微米结构，选择性反射 日光的结果.
2003年ANDREW R. PARKER等 发现一种澳洲昆士兰的东北部 森林的甲虫（Pachyrhynchus argus），它的外壳分布有和蛋 白石一样的光子晶体结构类似 物，其具有从任何方向都可见 的金属色泽。 这种栖息于大陆棚上﹐有着刺 毛的低等海生无脊椎动物`海毛虫 (sea mouse)`具有引人瞩目的虹彩。 此种海毛虫的刺毛是由为数众多之 六角圆柱体层层叠积形成的结晶状 构造物,其具有与光子晶体光纤 (photonic crystal fiber)--一样的物 理属性。这种刺毛亦能捕捉光线且 仅反射某些波长的色光﹐而发出鲜 明色彩
(a)介质棒阵列
(b) 打孔的薄膜结构
3. 三维光子晶体制备
精密机械加工法: Yablonovich等用打孔的方 法在基体表面每一点沿着相差120度的方向往 里打孔,在基底材料里留下了近椭球圆柱形结 构组成的面心立方光子晶体.
只能用于加工微波波 段的光子晶体,对于更短 波长的光子晶体,显得无 能为力
自从1970年以来，可以被放置到微电子芯片的电子元件数量以18月 翻一番的速度增长，然而即使这种被成为摩尔定律的趋势可以在以后的几 年内必将逐渐的走向平缓，直至目前的极限。 要提高CPU速度，也就是缩短CPU完成指令的时间，就必须减少电信 号在各个元件的延迟时间。减小元件体积，缩短它们之间的距离。但是元 件缩小到一定程度后就很难再有大的突，而且其电子元件的发热量将十分 惊人，很有可能因为过热而产生电子漂移现象，导致系统不稳定甚至崩溃。
光子晶体光纤
光子晶体带隙保证了能量基本无损 失，而且不会出现延迟等现象。英国 Bath 大学的研究人员用二维光子晶体成 功制成新型光纤：由几百个传统的氧化 硅棒和氧化硅毛细管依次绑在一起组成 六角阵列，然后烧结从而形成蜂窝结构 亚微米空气孔。引入额外空气孔做为导 光通道，可导波的范围很大，从而增加 数据传输量。 如图是目前英国斯温 顿Bath大学的实验性 光子晶体光纤实物图 和传输效果图。
半导体制造技术的方法:将电子束蚀刻,反应 离子束蚀刻,化学气相淀积等技术运用于堆积 式的光子晶体制造.
(1) 利用电子束,激光束等在Si基上 进行蚀刻,留出一系列彼此平行的 Si棒; (2) 再用水解等方法将Si棒之间的 区域用SiO2进行填充,并进行表面 机械抛光; (3) 然后再用多晶Si沉积的方法在 S. Y. Lin et al.,Nature (2)中所得的层上铺一层Si,以便蚀 394, 251 (1998) 刻与(2)中Si棒向垂直的第二层Si 棒 (4) 重复以上步骤以制得所需的层数,然后再用酸将SiO2清洗掉, 即得三维周期性结构
科学家们在假设 光子也可以具有类 似于电子在普通晶 体中传播的规律的 基础上发展出来的
光子晶体简介
晶体内部的原子是周期性有序排列的，这 种周期势场的存在，使运动的电子受到周期 势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带 与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果 落在带隙中，就无法继续传播。 相似的，在光子晶体中是由光 的折射率指数的周期性变化产生 了光带隙结构，从而由光带隙结 构控制着光在光子晶体中的运动。
第一个具有绝对能 隙的光子晶体，及 其经过特别设计的 制作方式
二. 光子晶体制备
1. 一维光子晶体结构简单，制作简便，制备方法有 真空镀膜技术、溶胶－凝胶技术、MOCVD 、分子 束外延等 2. 二维光子晶体主要结构有周期性排列的介质棒阵 列和打孔的薄膜结构。排列方式一般为四边形和三 角形点阵，通过调节棒或孔的直径以及间距大小， 可以实现不同频率与带宽的光子禁带。一般采用激 光刻蚀、电子束刻蚀和外延生长法等制造二维光子 晶体
解决的方法还有一种就是采用单 模光纤，即尽量减少光纤纤芯的直 径，从而可以只允许一个模式的光 路通过，从而避免上述问题。但同 时成本将大大提高。
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• 光子晶体光纤又名微结构光纤(Microstructured optical fiber，MOF)或多孔光纤 (Holeyfiber，HF)， 它通过包层中沿轴向排列的微小空气孔对光进行 约束，从而实现光的轴向传输。独特的波导结构， 使得光子晶体光纤与常规光纤相比具有许多无可 比拟的传输特性。
1.3光子晶体激光器
优点： 光纤激光器比传统的固体激光器和气体激 光器有着很多优点, 比如稳定性高、体积小、重量轻、转换率高、 散热效果好等。 主要应用了掺杂光纤的单模特性。
激光器示意图
2.电子计算机技术中的应用 2.1 CPU 2.2 光纤
2.1电子计算机技术中的应用--CPU
目前所遇的困难
光子晶体光纤的导光原理
a. 全内反射型 PCF导光原理 周期性缺陷的纤芯折射率 (石英玻璃 )大于周期性包层折 射率 (空气 ) ,从而使光能够在纤芯中传播. b. 光子带隙型 PCF导光机理 在空芯 PCF中形成周期性的缺陷是空气,空气芯折射率比
包层石英玻璃低 ,但仍能保证光不折射出去.
光子晶体光纤
实验量得的透射频谱，所对应的三维 能带结构右图所 示： 第一个功败垂成的三维光子晶体 遗憾的是，理论学家稍后指出，上述系统因对称性(symmetry)之 故， 在W和U两个方向上并非真正没有能态存在，只是该频率范围内 的能态数目相对较少，因此只具有虚能隙(pseudo gap)
光子晶体简介
两年之后， Yablonovitch等人卷土重来， 这回他们调整制作方式， 在块材上沿三个夹120度角 的轴钻洞，如此得到的fcc 晶格含有非球形的“原 子”(如右图)， 终于打破了 对称的束缚，在微波波段 获得真正的绝对能隙，证 实该系统为一个光子绝缘 体(photonic insulator)。