光子晶体研究进展(资剑)
光子晶体材料的研究进展及其应用前景
光子晶体材料的研究进展及其应用前景光子晶体材料（Photonic Crystal Material）是一类具有周期性结构的材料，具有对特定波长的光进行衍射、反射和传播的能力。
近年来，光子晶体材料在光学领域引起了广泛的研究兴趣，并取得了一系列重要的研究进展。
光子晶体材料不仅在基础研究中得到了广泛应用，还在光学器件和光子学技术等领域具有巨大的应用前景。
光子晶体材料的研究进展可以从其制备、性质和应用等方面来介绍。
首先，制备光子晶体材料的方法主要有自组装、溶胶-凝胶法、电子束曝光和纳米加工等多种方法。
其中，自组装是一种简单且高效的方法，可以通过自组装单元的重复结构构建光子晶体材料。
溶胶-凝胶法利用溶胶状态的前驱体通过凝胶化形成光子晶体材料。
电子束曝光和纳米加工则是通过直接调控和排列材料的结构来制备光子晶体材料。
这些制备方法的发展为光子晶体材料的制备提供了多样化的选择，发展出一系列新的光子晶体材料。
其次，光子晶体材料的性质研究主要集中在光子带隙和非线性光学效应等方面。
光子带隙是光子晶体材料的重要性质，它使得光子晶体材料能够选择性地传播特定波长的光，并具有衍射、反射和干涉的能力。
非线性光学效应是指当光场强度达到一定阈值时，光子晶体材料呈现出非线性的光学性质。
这些性质的研究为光子晶体材料的应用提供了理论和实验上的基础。
最后，光子晶体材料的应用前景非常广泛。
首先，光子晶体材料在光学器件方面具有很大的应用潜力。
例如，光子晶体膜可用于制备光子晶体光纤，具有低损耗和高传输带宽的特点，可用于光通信和光信号处理等领域。
其次，在光子学技术方面，光子晶体材料可作为微结构传感器用于生物、化学和环境等领域的检测和传感。
此外，光子晶体材料还可以应用于激光技术、量子通信、太阳能电池等领域，为相关技术的发展提供新的思路和方法。
总而言之，光子晶体材料的研究进展在制备、性质和应用等方面都取得了重要的突破。
光子晶体材料具有选择性传播特定波长光的能力，并在光学器件和光子学技术等领域具有广阔的应用前景。
光子晶体制备技术和应用研究进展
光子晶体制备技术和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
因此，光子晶体被视为控制光传播行为的重要工具，具有广阔的应用前景。
随着科学技术的飞速发展，光子晶体的制备技术和应用研究进展日新月异，对推动光子学、光学、材料科学等多个领域的发展起到了重要的推动作用。
本文旨在全面概述光子晶体的制备技术和应用研究进展。
我们将回顾光子晶体的基本概念和特性，阐述其在光学领域的重要性和独特性。
然后，我们将详细介绍各种光子晶体的制备技术，包括微球自组装、激光全息干涉、胶体晶体模板法等，并分析其优缺点。
在此基础上，我们将探讨光子晶体在光子器件、传感器、显示器、太阳能电池等领域的应用研究进展，并展望其未来的发展趋势。
我们将总结当前光子晶体研究的挑战和前景，以期为该领域的研究者提供有益的参考和启示。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备技术和应用研究进展的平台，促进相关领域的交流和合作，推动光子晶体技术的进一步发展和应用。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术是实现其独特光学性质和应用的关键。
随着科技的不断进步，光子晶体的制备方法也在持续创新和发展。
目前，主要的制备技术包括微球自组装法、模板法、全息光刻法、激光直写法和溶胶-凝胶法等。
微球自组装法：这是一种基于胶体微球自组装原理的制备方法。
通过精确控制微球的尺寸和排列，可以在溶液中形成有序的三维结构，进而制备出具有特定光学性质的光子晶体。
该方法操作简单，成本低廉，但制备的光子晶体尺寸和形貌控制精度有限。
模板法：模板法是利用已有的模板结构，通过填充、沉积或刻蚀等方式，在模板表面或内部形成光子晶体结构。
这种方法可以实现复杂形状和结构的光子晶体制备，但模板的制作成本较高，且制备过程相对复杂。
全息光刻法：全息光刻法利用干涉光场的空间调制作用，在光刻胶或其他光敏材料中形成三维周期结构，进而制备出光子晶体。
光子晶体研究进展
光子晶体中的半布拉格散射晶体中各种波（如电子波、光波和声波等）在某些频率下由于布拉格散射的作用而无法传播形成带隙。
通常情况下我们处理的是只有一种散射平面的简单布拉格散射，并且得到了布拉格条件mλ=dsinθ。
而当多种布拉格平面参与是会出现多重布拉格散射，此时也会出现带隙。
人们已经发现在一些高对称方向的多重布拉格散射，但只发生在频率高于一阶简单布拉格散射的频率（m=1时）之下。
而特温特大学的Simon等人在二维矩形中心格子的光子晶体中观察到了光波频率低于一阶简单布拉格散射的多重布拉格散射，并称之为半布拉格散射，同时给出了这种散射的条件。
Simon等人在实验和理论方面研究了二维矩形中心格子光子晶体的反射情况。
图1图1为光子晶体电子扫描显微镜图和倒空间图，空气孔的半径为r光波分别沿ГК方向和ГМ′方向入射到光子晶体中，并得到图2的实验和理论结果。
在ГМ'方向，出现反射峰的最低频段在一阶简单布拉格条件的频率左右，而在ГК方向上出现了低于一阶简单布拉格条件的反射峰。
在改变空气孔与布拉维格子长之比时也得到类似结果。
图3中虚线为一阶简单布拉格散射频率，显而易见，在ГК方向上出现了频率更低的反射峰。
之所以出现这种半布拉格散射，是由于在ГК方向有К和В两个高对称点。
由于К点在布里渊区边界上，因此满足佬厄条件而出现反射峰，而В点对应的倒格矢正是一阶简单布拉格条件的波矢。
因此Simon等人提出了产生半布拉格散射的条件：（1）入射波波矢对应于布里渊区边界上的点；（2）入射方向必须为高对称方向，并且波矢对应的倒格矢Gℎlm满足h,||l,|m|≤1；(3)半布拉格散射的频率低于一阶简单布拉格散射条件根据Simon等人给出的条件，我们可以很方便的判断哪些结构的光子晶体能够出现半布拉格散射，同时也可以将文章的结论推广到晶体中的电子波和声波。
光子晶体研究进展(资剑)
光子晶体研究进展资剑复旦大学表面物理国家重点实验室，上海200433Jzi@摘要光子晶体是八十年代末提出的新概念和新材料，迄今取得异常迅猛的发展，是一门正在蓬勃发展的有前途的新学科。
光子晶体不仅具有理论价值，更具有非常广阔的应用前景，这个领域已经成为国际学术界的研究热点。
本文回顾光子晶体的发展历史，介绍光子晶体的特性、制作方法、理论研究以及应用前景。
关键词：光子晶体，光子能带，光子带隙，光子局域态，自发辐射，Maxwell方程组我们所处的时代从某种意义上来说是半导体时代。
半导体的出现带来了从日常生活到高科技革命性的影响。
大规模集成电路、计算机、信息高速公路等等这些甚至连小学生都耳熟能详的东西是由半导体带来的。
几乎所有的半导体器件都是围绕如何利用和控制电子的运动，电子在其中起到决定作用。
半导体器件到如今可以说到了登峰造极的地步。
集成的极限在可以看到的将来出现。
这是由电子的特性所决定的。
而光子有着电子所没有的优势：速度快，没有相互作用。
因此，下一代器件扮演主角的将是光子。
光子晶体是1987年才提出的新概念和新材料[1,2]。
这种材料有一个显著的特点是它可以如人所愿地控制光子的运动[3-5]。
由于其独特的特性，光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器件，在光通讯上也有重要的用途，如用光子晶体器件来替代传统的电子器件，信息通讯的速度快得无法想象。
1.2. 光子晶体简介3. 众所周知，电子在周期势场中传播时，由于电子波会受到周期势场的布拉格散射，会形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。
电子波的能量如果落在带隙中，传播是禁止的。
其实，不管任何波，只要受到周期性调制，都有能带结构，也都有可能出现带隙。
能量落在带隙中的波是不能传播的。
电磁波或者光波也不会例外。
不过人们真正清楚其物理含义已经是八十年代末了。
1987年Y abnolovitch [1]在讨论如何抑制自发辐射时提出了光子晶体这一新概念。
光子晶体材料研究进展及应用前景
光子晶体材料研究进展及应用前景随着科学技术的不断进步，人们对于材料的研究也越来越深入。
在新材料领域中，光子晶体材料的研究一直备受关注。
它的出现不仅改变了传统材料的性质，而且在光电子、能源等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍光子晶体材料的研究进展及其应用前景。
一、光子晶体材料的基础概念光子晶体材料，其实就是一种具有光子带隙的晶体材料。
简单来说，就是通过在材料中引入周期性结构，从而达到对于某些频率的光线有选择性的反射或折射，使其不能通过材料的表面，从而形成光子带隙。
光子晶体材料不仅可以对于光线起到滤波器的作用，而且具有传统材料所没有的一些新颖性质，比如能够在材料内部引发较为复杂的相互作用，从而实现信息处理、光学传输等。
二、光子晶体材料的研究进展1. 光子晶体材料的制备光子晶体材料的制备是研究的基础。
传统的光子晶体材料制备方法包括光刻、等离子体刻蚀、溶胶-凝胶法等。
然而，这些方法不仅操作复杂，而且成本较高。
因此，研究人员开始关注通过自组装的方法制备光子晶体材料。
目前，自组装光子晶体材料的制备方法包括: 溶液自组装法、模板法、电沉积法、表面修饰法等。
这些新的制备方法的出现，使得光子晶体材料制备变得更加容易和便捷。
2. 光子晶体材料特殊性质的研究对于光子晶体材料的特殊性质的研究，则是深入理解该材料的关键所在。
目前，研究人员发现，由于光子晶体具有纳米级别的周期性结构，其表现出来的性质和传统材料是不同的，比如光子晶体的多级结构和空洞结构的存在使得材料中存在的能带不止一个，从而能够过滤更宽波长的光线。
此外，研究人员还发现当光子晶体中存在缺陷时，其在光电子学、微波强度识别、传感器等方面的应用具有广泛的前景。
三、光子晶体材料的应用前景1. 光子晶体过滤器由于光子晶体材料能够对于特定波长的光线进行选择性的反射或折射，发挥着像过滤器一样的作用，因此其被广泛地应用于光子晶体过滤器的制造中。
在光纤通讯技术方面，光子晶体过滤器可以滤除带宽噪声，提高信号的传输质量和分辨率；在图像处理方面，它可以过滤掉光干扰，减少图像的噪声和失真，提高图像的清晰度和质量。
光子晶体材料研究进展及应用前景
光子晶体材料研究进展及应用前景光子晶体是一种光物理学中的新材料，具有优异的光学性能和应用前景。
近年来，随着科技的不断发展，光子晶体的研究进展也在不断加快，在光子晶体的制备、性能调控和应用方面都取得了一系列重要突破。
光子晶体的制备主要有两种方法：自组装法和纳米加工法。
自组装法利用物质在一定条件下自发形成周期性结构，可以制备出大面积、高品质的光子晶体。
纳米加工法则通过纳米尺度的加工手段实现对材料结构的精确控制，可以制备出更复杂的结构和性能。
这两种方法的结合使得光子晶体的制备更加灵活多样化。
光子晶体具有优异的光学性能，主要体现在三个方面：光子禁带、色散调控和非线性光学效应。
光子禁带是指在光子晶体中存在一定范围内的频率范围，光波无法传播的现象。
光子禁带的宽度和位置可以通过调控光子晶体的周期、孔隙比例和折射率实现。
色散调控则是指调控光子晶体中光波的传播速度和传播方向，可以实现光波的聚焦、解聚和波导等功能。
非线性光学效应是指在强光场作用下，光子晶体中光波的能量转换和非线性响应现象。
这些光学性能使得光子晶体在激光器、光通信、传感器、光电存储等领域具有广泛应用的潜力。
在激光器领域，光子晶体可以作为优质的光学反射镜、激光输出镜和模式选择器，提高激光器的输出功率和谐振器质量因子，实现高性能激光器。
在光通信领域，光子晶体可以用于光合集器、耦合器、滤波器和光学开关等光学器件，提高光路的集成度和性能。
在传感器领域，光子晶体可以用于生物传感器、气体传感器、液体传感器和光子晶体光纤等，实现高灵敏度和快速响应的传感器。
在光电存储领域，光子晶体可以用于光学存储介质和光子晶体薄膜，实现大容量、高速和可重写的光存储。
除此之外，光子晶体还有许多其他的应用前景。
例如，在太阳能领域，光子晶体可以用于制备高效率的光伏材料和光学镜面，提高太阳能电池的能量转换效率。
在生物医学领域，光子晶体可以用于生物分析、药物传输、光热治疗和细胞成像等，实现精确控制和定位的生物操作。
光子晶体的制备和应用研究进展
光子晶体的制备和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光波在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
自二十世纪末光子晶体概念提出以来，其制备技术和应用研究便成为了科学研究的热点。
本文旨在概述光子晶体的制备方法以及在不同领域中的应用研究进展，以期对光子晶体的未来发展提供全面的视角和深入的理解。
我们将对光子晶体的基本概念和特性进行简要介绍，以便为后续的研究进展提供理论基础。
随后，我们将重点综述目前光子晶体的主要制备方法，包括胶体自组装法、激光全息干涉法、逐层堆积法等，并探讨各种方法的优缺点及其适用范围。
在应用研究方面，我们将关注光子晶体在光子器件、光通信、太阳能电池、传感器以及生物医学等领域的应用进展。
我们将详细分析这些应用背后的原理、技术实现以及取得的成果，并对未来的发展趋势进行展望。
我们将对光子晶体的研究现状进行总结，并指出当前面临的挑战和未来的发展方向。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备和应用研究的平台，推动光子晶体在科学技术和工业领域的进一步发展。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术自其概念提出以来，经历了长足的发展和进步。
光子晶体的制备技术主要分为两大类：自上而下（Top-down）和自下而上（Bottom-up）的方法。
自上而下法主要包括机械加工、微影术和激光刻蚀等。
这些方法通常用于制造具有周期性结构的三维光子晶体。
机械加工方法可以通过精确控制机械力，如研磨、切割和雕刻等，来创建具有特定周期性结构的光子晶体。
微影术则利用光化学反应在基材上生成特定的图案，然后通过化学或物理手段进行蚀刻，从而制作出光子晶体。
激光刻蚀则使用激光束直接对材料进行刻蚀，形成光子晶体。
这些方法的主要优点是制造精度高，可以大规模生产，但设备成本较高，且难以制备出具有复杂结构和精细调控的光子晶体。
自下而上法则主要包括胶体自组装、溶胶-凝胶法、气相沉积和生物模板法等。
光子晶体材料的研究进展及其应用前景
光子晶体材料的研究进展及其应用前景随着科学技术的不断进步，人类在材料领域的研究也逐渐深入。
其中，光子晶体材料作为一种前沿材料，受到越来越多的关注和研究。
本文将从定义、研究进展和应用前景三个方面介绍光子晶体材料。
一、定义光子晶体材料是一种新型晶体材料，具有周期性的光学性质，与普通石墨烯等材料不同，它是一种具有光学结构的材料。
所谓光学结构，是指物质的微小结构排列形成的一种如同棋盘格一样的结构，这种结构可以限定光的传播方向和波长范围。
二、研究进展1. 光子晶体材料的制备技术不断提高光子晶体材料的制备技术主要包括自组装、浸渍、拉伸、方法等多种方法。
近年来，制备技术不断提高，材料的质量和稳定性也得到了不断提高。
2. 光子晶体材料的性质研究逐渐深入在光子晶体材料的制备基础上，人们开始对其性质进行深入研究。
例如光子晶体材料的透过光谱、反射谱和色散曲线等性质都成为了研究对象。
通过对这些性质的研究，人们可以了解材料的光学性质，并进一步研究材料的应用前景。
3. 光子晶体材料的应用领域不断扩展光子晶体材料可以应用于电子领域、化学领域、材料研究领域等多个领域，其应用前景越来越广阔。
例如可以应用于储能器件、传感器、太阳能电池等领域。
三、应用前景1. 储能器件光子晶体材料具有高禁带宽度和低折射率等性质，与常规储能材料相比，其储能能力和稳定性得到了良好提升。
因此，光子晶体材料被广泛应用于储能器件领域。
2. 传感器光子晶体材料具有高灵敏度和选择性等性质，这使得光子晶体材料可以应用于传感器领域。
例如可以应用于气体、水质、温度传感等领域，使得传感器的快速响应和灵敏度得到了良好提高。
3. 太阳能电池光子晶体材料可以制备成具有不同孔径和结构的二维和三维结构，这使得其可以作为高效太阳能电池的构建单元。
例如可以制备成具有周期性微纳结构的薄膜，该薄膜具有较高的吸收率和低反射率，因此被广泛应用于太阳能电池领域。
综上所述，光子晶体材料作为一种新型晶体材料，具有众多优良的性质，并且在应用领域上具有广泛的发展前景。
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光子晶体研究进展资剑复旦大学表面物理国家重点实验室，上海200433Jzi@摘要光子晶体是八十年代末提出的新概念和新材料，迄今取得异常迅猛的发展，是一门正在蓬勃发展的有前途的新学科。
光子晶体不仅具有理论价值，更具有非常广阔的应用前景，这个领域已经成为国际学术界的研究热点。
本文回顾光子晶体的发展历史，介绍光子晶体的特性、制作方法、理论研究以及应用前景。
关键词：光子晶体，光子能带，光子带隙，光子局域态，自发辐射，Maxwell方程组我们所处的时代从某种意义上来说是半导体时代。
半导体的出现带来了从日常生活到高科技革命性的影响。
大规模集成电路、计算机、信息高速公路等等这些甚至连小学生都耳熟能详的东西是由半导体带来的。
几乎所有的半导体器件都是围绕如何利用和控制电子的运动，电子在其中起到决定作用。
半导体器件到如今可以说到了登峰造极的地步。
集成的极限在可以看到的将来出现。
这是由电子的特性所决定的。
而光子有着电子所没有的优势：速度快，没有相互作用。
因此，下一代器件扮演主角的将是光子。
光子晶体是1987年才提出的新概念和新材料[1,2]。
这种材料有一个显著的特点是它可以如人所愿地控制光子的运动[3-5]。
由于其独特的特性，光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器件，在光通讯上也有重要的用途，如用光子晶体器件来替代传统的电子器件，信息通讯的速度快得无法想象。
1.2. 光子晶体简介3. 众所周知，电子在周期势场中传播时，由于电子波会受到周期势场的布拉格散射，会形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。
电子波的能量如果落在带隙中，传播是禁止的。
其实，不管任何波，只要受到周期性调制，都有能带结构，也都有可能出现带隙。
能量落在带隙中的波是不能传播的。
电磁波或者光波也不会例外。
不过人们真正清楚其物理含义已经是八十年代末了。
1987年Yabnolovitch [1]在讨论如何抑制自发辐射时提出了光子晶体这一新概念。
几乎同时，John [2]在讨论光子局域时也独立提出。
如果将不同介电常数的介电材料构成周期结构，电磁波在其中传播时由于布拉格散射，电磁波会受到调制而形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带(photonic band)。
光子能带之间可能出现带隙，即光子带隙(photonic bandgap, 简称PBG)。
具有光子带隙的周期性介电结构就是光子晶体(photonic crystals)，或叫做光子带隙材料(photonic bandgap materials)，也有人把它叫做电磁晶体(electromagnetic crystals)。
图1给出光子晶体的结构及光子能带结构。
固体物理中的许多概念都可用在光子晶体上，如倒格子、布里渊区、色散关系、Bloch函数、V an Hove奇点等。
由于周期性，对光子也可以定义有效质量。
不过需要指出的是光子晶体与常规的晶体（从某种意义上来说可以叫做电子晶体）有相同的地方，也有本质的不同，如光子服从的是Maxwell方程，电子服从的是薛定谔方程；光子波是矢量波，而电子波是标量波；电子是自旋为1/2的费米子，光子是自旋为1的玻色子；电子之间有很强的相互作用，而光子之间没有。
光子晶体的基本特征是具有光子带隙，频率落在带隙中的电磁波是禁止传播的，因为带隙中没有任何态存在。
光子带隙的存在带来许多新物理和新应用[3-5]。
自发辐射是爱因斯坦在1905年提出的，对许多物理过程和实际应用有重要的影响，如自发辐射是半导体激光器的阈电流的主要原因，只有超过阈电流才能发出激光。
八十年代以前，人们一直认为自发辐射是一个随机的自然现象，是不能控制的。
Purcell在1946年提出自发辐射可以人为改变[6]，但没有受到任何重视。
直到光子晶体的出现才改变了这种观点[1]。
自发辐射几率由费米黄金定则给出其中，|V|称为零点Rabi矩阵元，????是光场的态密度。
如果电磁波的态密度为零，则自发辐射的几率为零，即没有自发辐射。
光子带隙中的态密度为零，因此，频率落在光子带隙中的电磁波的自发辐射被完全抑制。
如果引入缺陷，在光子带隙中可能出现态密度很高的缺陷态，因此可以增强自发辐射。
有文献称将自发辐射可以控制的这种现象叫Purcell效应。
如果引入缺陷或无序，对电子来说将有电子局域态或安德森局域。
如果在光子晶体中引入介电缺陷或介电无序，光子也一样，也会出现局域现象[2,7-9]。
在光子晶体中实现光子局域比在电子体系里更理想，因为这里没有电子体系里存在的多体相互作用。
1991年实验上观察到二维光子晶体中的光子局域[10]。
最近，在半导体粉末中直接得到光子局域的证据[11]。
我们知道即使在真空中也存在零点涨落，但在光子带隙中却没有。
这将带来这样一种结果：将原子或分子放入光子晶体中，如果从激发态到基态辐射的光子频率正好落在光子带隙里，受激的原子或分子将被“锁”在激发态，不能激发到基态。
因为此时没有任何光子态与之耦合而辐射。
这将带来新的物理现象[12-15]，如原子将和自身辐射的局域光场发身强烈的耦合，出现奇异的Lamb位移[12]。
4. 光子晶体的制作自然界有光子晶体的例子，如蛋白石和蝴蝶翅膀等。
电子显微镜揭示它们由一些周期性微结构组成，由于在不同的方向不同频率的光被散射和透射不一样，呈现出美丽的色彩，但它们没有三维的光子带隙。
光子带隙的出现与光子晶体结构、介质的连通性、介电常数反差和填充比有关，条件是比较苛刻的。
一般说，介电常数反差越大（一般要求大于2），得到光子带隙可能性越大。
制作具有完全光子带隙的光子晶体无疑是一项巨大的挑战。
最初提出的结构是面心立方结构[1,2]。
从实空间看即用何种介电材料来填充Wigner-Seitz 原胞。
选用怎样的面心立方结构和填充比才有光子带隙，这并非一件易事。
Bellcore的研究人员用了两年多的时间尝试了各种各样的面心立方结构，才发现一种面心立方结构有光子带隙[16]。
这是一种背景为介电材料，相互重叠的空气孔在其中排列成面心立方结构的点阵结构。
空气孔占86%的体积。
这种制作方法类似炒菜，用介电材料构成周期结构，然后测量电磁波的透射率，看是否存在光子带隙。
这种方式非常费时费力，而且也不太成功。
受实验的鼓舞，理论工作者开始关心光子能带计算。
最初采用的是标量波的方法，即认为两种偏振可以分开处理[17,18]。
理论和实验结果有较大差异，人们马上意识到这种差异来源于忽略了电磁波是矢量波，因此在光子能带的计算中必须考虑光波的矢量性。
不久便出现了考虑矢量性的光子能带计算[19-21]。
当重新计算填充率为86%的重叠空气孔面心立方结构时，发现这种结构没有完全的光子带隙[19-21]。
这是由于面心立方结构的光子晶体由于对称性，在高对称点处出现能带简并。
从态密度上看实验上观测到的带隙只是一个赝带隙。
与电子能带计算不同，光子之间没有相互作用，解Maxwell方程得到的光子能带几乎是完全准确的。
因此，可以先从理论上判断是否存在光子带隙，然后再实验制作，消除了许多盲目性。
Ames的研究人员第一次从理论上证实了具有金刚石结构的光子晶体有很大的光子带隙[21]。
于是人们开始从实验上寻找具有金刚石结构的光子晶体。
Yablonovitch等很快制作出第一个具有全方位光子带隙的结构，如图2所示[22]。
这种光子晶体的制作过程如下：在一片介电材料上镀上具有三角空洞阵列的掩膜，在每一空洞处向下钻三个孔，钻孔相互之间呈120度，与介电片的垂线呈35.26度。
这样的结构具有金刚石结构的对称性，光子带隙从10GHz到13 GHz，位于微波区域。
在微波区域这种结构可以用微机械钻孔的方法得到。
在光学波段可以用离子刻蚀的办法，不过非常困难。
为寻找一种制作简易，同时组成单元维度低的结构，Ames的研究人员提出了一种层状结构的光子晶体，组成元是一维介电棒，如图3所示[23]。
每层中，一维介电棒平行排列，相互之间的距离为a；第二层的介电棒与第一层棒夹角为90度；第三层与第一层一样排列，但位移a/2；第四层与第二层也一样，但位移a/2；第五层与第一层重复。
这样的结构具有面心四方对称性。
特别当才c/a=√2时，就是金刚石结构。
其实，相临两层的夹角可以在60到90度之间变化，都有全方位光子带隙。
这种结构实验上第一次由氧化铝棒堆积而成[24]，光子带隙在微波波段（12-14 GHz）。
图4给出理论计算和实验测量的光子能带的比较。
从图中可以看出，理论和实验符合得非常好。
这和电子能带的情况很不一样。
由于电子之间的多体相互作用，在电子能带的计算中要作很多近似，得到的电子能带也是近似的，如电子带隙的计算结果与实验相差很大。
人们还提出了其它的层状结构来制作三维光子晶体[25-27]。
MIT小组提出的结构可以利用成熟的半导体技术来得到光学范围的光子晶体[26]。
制作过程如图5所示。
第一步先将一层厚度为d的Si用MBE或CVD淀积在衬底上，然后刻蚀出相互之间距离为a的平行槽，最后在槽中填充SiO2，如(a)所示。
第二步再生长一层厚度为h的Si，如(b)。
第三步在下层Si的正上方刻蚀出深度为d宽度为w的槽，然后再在槽中填充SiO2，如(c)。
第四步与第一步相同，如(d)。
如此重复完成后，再在表面往下刻蚀出柱状空气孔阵列，如(e)。
空气孔的截面可以是圆形，也可以是椭圆形。
最后清除SiO2得到如图6所示的Si骨架结构，其计算的光子能带结构也在图6中给出。
从布拉格条件可知，光子带隙处的光波波长与光子晶体的晶格常数相当，因此，要得到光子带隙在红外或可见光的光子晶体，晶格常数应当在微米或亚微米。
这对光子晶体制作来说无疑是极大的挑战。
在微波区域，可以用机械加工的办法。
人们的目标之一是在红外或可见光范围抑制自发辐射，还有一个目标是制作波长在 1.5微米的光子晶体，因为这是光电子工业和通讯所用的波长。
要制作如此小的晶格常数的光子晶体能利用的成熟方法是半导体工艺的方法，如光刻蚀、电子束刻蚀、离子束刻蚀等。
最近，Sandia实验室采用淀积/刻蚀半导体工艺，按照Ames 实验室提出的如图3的结构，在Si衬底上成功制作出在红外波段的多晶Si棒组成的光子晶体[28]。
从扫描电子显微镜的图象看出，这种结构具有很高的质量，在平面方向周期结构超过1 cm×??cm，但衬底上方仅有5层。
这套制作方法对工艺的要求非常高。
在1999年初的一次会议上Sandia和Ames实验室都宣称制作出光学波段的光子晶体[29]。
以上介绍的是用机械加工或用精细加工制作的方法。
制作光学波段的光子晶体另外常用的技术是胶体颗粒的自组织生长[30-38]。
颗粒的大小一般为微米或亚微米，悬浮在液体中。
由于颗粒带电，而整个体系呈电中性，这些悬浮颗粒之间有短程的排斥相互作用以及长程的Van der Waals 吸引力[31]。