Fotonikus kristály

A fotonikus kristály egy periodikusan változó permittivitással vagy inhomogenitással rendelkező szilárdtest szerkezet, amelynek periódusa a fény hullámhosszához hasonlítható.

Definíciók

Ez egy olyan anyag, amelynek szerkezetét a törésmutató periodikus térbeli irányú változása jellemzi [1] .
Egy másik cikkben [2] a fotonikus kristályok kiterjesztett definíciója található – „a fotonikus kristályokat általában olyan közegeknek nevezik, amelyekben a permittivitás periodikusan változik a térben olyan periódussal, amely lehetővé teszi a Bragg - fény diffrakcióját.”
A harmadik munkában [3] található a fotonikus kristályok definíciója más formában - "több mint 10 éve" hallottak fotonikus sávszélességű szerkezetek , amelyeket röviden fotonikus kristályoknak neveznek .
A fotonikus kristályok térben periodikus szilárdtest struktúrák , amelyeknek a permittivitását a fény hullámhosszával összemérhető periódussal modulálják [4]

Általános információk

A fotonikus kristályok a törésmutató periodikus változása miatt lehetővé teszik, hogy a fotonenergiák számára megengedett és tiltott sávokat kapjunk , hasonlóan a félvezető anyagokhoz , amelyekben a töltéshordozó energiáinak megengedett és tiltott sávjai figyelhetők meg [5] . Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy ha egy fotonkristályra egy energiájú ( hullámhosszú , frekvenciájú ) foton esik, ami megfelel ennek a fotonikus kristálynak a sávközének, akkor az nem tud továbbterjedni a fotonikus kristályban, és visszaverődik. És fordítva, ez azt jelenti, hogy ha egy foton kristályra esik egy foton, amelynek energiája (hullámhossza, frekvenciája) megfelel az adott fotonikus kristály megengedett zónájának, akkor az egy fotonikus kristályban terjedhet. Más szavakkal, a fotonikus kristály optikai szűrőként működik , és tulajdonságai felelősek az opál élénk és színes színeiért. A természetben is megtalálhatók fotonikus kristályok: az afrikai fecskefarkú lepkék ( Papilio nireus ) szárnyain [6] [7] , puhatestűek héjának gyöngyház bevonata , mint például galiotis , tengeri egér baróca és a tengeri egér sörtéi a sokszínű féreg.

A fotonikus kristályok osztályozása

A törésmutató változásának természete szerint a fotonikus kristályok három fő osztályba sorolhatók [5] :

1. egydimenziós, amelyben a törésmutató periodikusan változik egy térbeli irányban, amint az az ábrán látható. 2. Ezen az ábrán a Λ szimbólum a törésmutató változásának periódusát jelöli, és - a két anyag törésmutatóját (de általában tetszőleges számú anyag jelen lehet). Az ilyen fotonikus kristályok különböző anyagokból álló, egymással párhuzamos, különböző törésmutatókkal rendelkező rétegekből állnak, és tulajdonságaikat a rétegekre merőleges térbeli irányban mutathatják ki. $n_{1}$ $n_{2}$

2. kétdimenziós, amelyben a törésmutató periodikusan két térbeli irányban változik, amint az az ábrán látható. 3. Ezen a képen egy fotonikus kristályt törésmutatójú téglalap alakú régiók hoznak létre, amelyek törésmutatójú közegben vannak . Ebben az esetben a törésmutatóval rendelkező régiók egy kétdimenziós köbös rácsban vannak rendezve . Az ilyen fotonikus kristályok két térbeli irányban mutathatják ki tulajdonságaikat, és a törésmutatójú tartományok alakja nem korlátozódik téglalapokra, mint az ábrán, hanem bármilyen lehet (kör, ellipszis, tetszőleges stb.). A kristályrács , amelyben ezek a régiók rendeződnek, szintén eltérő lehet, és nem csak köbös, mint a fenti ábrán. $n_{1}$ $n_{2}$ $n_{1}$ $n_{1}$

3. háromdimenziós, amelyben a törésmutató periodikusan három térbeli irányban változik. Az ilyen fotonikus kristályok három térbeli irányban mutathatják meg tulajdonságaikat, és háromdimenziós kristályrácsba rendezett térfogati régiók (gömbök, kockák stb.) tömbjeként ábrázolhatók.

Az elektromos közegekhez hasonlóan a tiltott és engedélyezett sávok szélességétől függően a fotonikus kristályok vezetőkre oszthatók - amelyek kis veszteséggel képesek nagy távolságra fényt vezetni, dielektrikumok - szinte tökéletes tükrök, félvezetők - anyagok, amelyek pl. bizonyos hullámhosszúságú fotonok visszaverő és szupravezetők , amelyekben a kollektív jelenségeknek köszönhetően a fotonok szinte korlátlan távolságra képesek terjedni.

Vannak rezonáns és nem rezonáns fotonikus kristályok is [2] . A rezonáns fotonikus kristályok abban különböznek a nem rezonánsoktól, hogy olyan anyagokat használnak, amelyeknek a frekvencia függvényében a permittivitása (vagy törésmutatója) valamilyen rezonanciafrekvencián van pólussal.

A fotonikus kristály minden inhomogenitását (például egy vagy több négyzet hiányát a 3. ábrán, azok nagyobb vagy kisebb méretét az eredeti fotonikus kristály négyzeteihez képest stb.) fotonikus kristályhibának nevezzük. Az ilyen területeken gyakran koncentrálódik az elektromágneses tér , amelyet a fotonikus kristályok alapján épített mikrorezonátorokban és hullámvezetőkben használnak.

Módszerek fotonikus kristályok elméleti vizsgálatához, numerikus módszerek és szoftverek

A fotonikus kristályok lehetővé teszik az elektromágneses hullámokkal történő manipulációt az optikai tartományban, és a fotonikus kristályok jellemző méretei gyakran közel vannak a hullámhosszhoz. Ezért a sugárelméleti módszerek nem alkalmazhatók rájuk, hanem a hullámelméletet és a Maxwell-egyenletek megoldását alkalmazzák . A Maxwell-egyenletek analitikusan és numerikusan is megoldhatók, de leggyakrabban a numerikus megoldási módszereket alkalmazzák a fotonikus kristályok tulajdonságainak vizsgálatára azok elérhetősége és a megoldandó feladatokhoz való könnyű hozzáigazítása miatt.

Érdemes megemlíteni azt is, hogy a fotonikus kristályok tulajdonságainak figyelembevételére két fő megközelítést alkalmaznak: az időtartományos módszereket (amelyek az időváltozótól függően lehetővé teszik a probléma megoldását) és a frekvenciatartományos módszereket (amelyek megoldást nyújtanak a problémára). a frekvencia függvényében) [8 ] .

Az időtartományos módszerek kényelmesek olyan dinamikus problémák esetén, amelyek magukban foglalják az elektromágneses mező időfüggését az időtől. Használhatók fotonikus kristályok sávszerkezetének kiszámítására is, azonban az ilyen módszerek kimeneti adataiban gyakorlatilag nehéz meghatározni a sávok helyzetét. Emellett a fotonikus kristályok sávdiagramjainak számításakor a Fourier-transzformációt alkalmazzuk , melynek frekvenciafelbontása a módszer teljes számítási idejétől függ. Ez azt jelenti, hogy a sávdiagram nagyobb felbontásához több időt kell töltenie a számításokkal. Van még egy probléma - az ilyen módszerek időlépésének arányosnak kell lennie a módszer térhálójának méretével. A sávdiagramok frekvenciafelbontásának növelésének követelménye megköveteli az időlépés csökkentését, és ezzel a térháló méretének csökkentését, az iterációk számának, a számítógép RAM-igényének és a számítási idő növelését. Az ilyen módszereket jól ismert kereskedelmi modellezési csomagokban valósítják meg a Comsol Multiphysics ( a Maxwell-egyenletek megoldására a végeselemes módszert használják) [9] , az RSOFT Fullwave ( a véges különbség módszerrel ) [10] , a végeselemes és a differencia módszerek szoftverkódjaiban. kutatók által önállóan kifejlesztett stb.

A frekvenciatartomány módszerei mindenekelőtt azért kényelmesek, mert a Maxwell-egyenletek megoldása azonnal megtörténik egy álló rendszer esetén, és a rendszer optikai üzemmódjainak frekvenciáit közvetlenül a megoldás határozza meg, így gyorsan kiszámítható a a fotonikus kristályok sávdiagramjai, mint az időtartományra vonatkozó módszerek alkalmazása. Előnyük az iterációk száma , amely gyakorlatilag nem függ a módszer térhálójának felbontásától, valamint az, hogy a módszer hibája számszerűen exponenciálisan csökken az iterációk számával. A módszer hátránya, hogy a rendszer optikai módusainak sajátfrekvenciáit a kisfrekvenciás tartományban kell kiszámítani a magasabb frekvenciájú tartományban lévő frekvenciák kiszámításához, és természetesen az, hogy nem lehet leírni a rendszer dinamikáját. az optikai rezgések kialakulása a rendszerben. Ezeket a módszereket az ingyenes MPB szoftvercsomag [11] és a kereskedelmi csomag [12] implementálja . Mindkét említett szoftvercsomag nem tudja kiszámítani az olyan fotonikus kristályok sávdiagramját, amelyekben egy vagy több anyag összetett törésmutató-értékekkel rendelkezik. Az ilyen fotonikus kristályok tanulmányozásához két RSOFT-csomag, a BandSolve és a FullWAVE kombinációját, vagy a perturbációs módszert alkalmazzák [13].

Természetesen a fotonikus kristályok elméleti vizsgálata nem korlátozódik a sávdiagramok számítására, hanem szükséges az elektromágneses hullámok fotonikus kristályokon keresztül történő terjedése során bekövetkező stacionárius folyamatok ismerete is. Példa erre a fotonikus kristályok transzmissziós spektrumának vizsgálata . Az ilyen feladatokhoz használhatja mindkét fenti megközelítést a kényelem és elérhetőségük alapján, valamint a sugárzási átviteli mátrix módszereit [14] , a fotonikus kristályok transzmissziós és reflexiós spektrumát ezzel a módszerrel számító program [15]. , a pdetool szoftvercsomag, amely a Matlab [16] és a már említett Comsol Multiphysics csomag része.

A fotonikus sávközök elmélete

Amint fentebb megjegyeztük, a fotonkristályok lehetővé teszik a fotonenergiák számára megengedett és tiltott sávok elérését, hasonlóan a félvezető anyagokhoz , amelyekben megengedett és tiltott sávok vannak a töltéshordozó energiák számára. Az irodalmi forrásban [17] a sávközök megjelenését az magyarázza, hogy bizonyos körülmények között a fotonikus kristály állóhullámainak elektromos térintenzitása a sávszélességhez közeli frekvenciájú a fotonikus kristály különböző régióiba tolódik el. . Így az alacsony frekvenciájú hullámok mezőjének intenzitása a nagy törésmutatójú régiókban, a nagyfrekvenciás hullámok mezőjének intenzitása pedig az alacsonyabb törésmutatójú régiókban koncentrálódik. A [2] -ban van egy másik leírás a tiltott sávok természetéről a fotonikus kristályokban: „a fotonikus kristályokat általában olyan közegeknek nevezik, amelyekben a permittivitás periodikusan változik a térben olyan periódussal, amely lehetővé teszi a Bragg-fény diffrakcióját.”

Ha egy ilyen fotonikus kristály belsejében tiltott sávfrekvenciájú sugárzás keletkezett, akkor az nem tud benne terjedni, de ha kívülről érkezik ilyen sugárzás, akkor egyszerűen visszaverődik a fotonikus kristályról. Az egydimenziós fotonikus kristályok lehetővé teszik sávhézagok és szűrési tulajdonságok elérését az egy irányban terjedő sugárzás számára, merőlegesen az ábrán látható anyagrétegekre. 2. A kétdimenziós fotonikus kristályok rendelkezhetnek egy, két irányban és egy adott fotonikus kristály minden irányában terjedő sugárzás számára tiltott sávokkal, amelyek a síkban helyezkednek el. 3. A háromdimenziós fotonikus kristályokon egy, több vagy minden irányban lehetnek sávhézagok. A tiltott zónák minden irányban léteznek a fotonikus kristályban, nagy különbséggel a fotonikus kristályt alkotó anyagok törésmutatóiban, bizonyos formájú régiók különböző törésmutatókkal és bizonyos kristályszimmetriával [18] .

A tiltott sávok száma, helyzetük és szélességük a spektrumban egyaránt függ a fotonikus kristály geometriai paramétereitől (különböző törésmutatójú tartományok mérete, alakja, a kristályrács, amelyben elhelyezkednek) és a törésmutatóktól is. . Ezért a tiltott sávok hangolhatóak lehetnek például nemlineáris anyagok használata miatt, amelyek kifejezett Kerr-effektussal [19] [20] , az eltérő törésmutatójú régiók méretének változása miatt [21] vagy a törésmutatók változása külső mezők hatására [22] .

Tekintsük a fotonikus kristály sávdiagramjait az ábrán. 4. Ez a kétdimenziós fotonikus kristály két, síkban váltakozó anyagból áll - gallium-arzenid GaAs -ból (alapanyag, törésmutató n=3,53, az ábrán fekete területek) és levegőből (amivel hengeres lyukak vannak kitöltve, fehér színnel jelölve), n=1). A lyukak átmérőjűek , és hatszögletű kristályrácsba vannak rendezve, periódussal (a szomszédos hengerek középpontjai közötti távolság) . A vizsgált fotonikus kristályban a lyuk sugarának a periódushoz viszonyított aránya egyenlő . Tekintsük a TE (az elektromos térvektor a hengerek tengelyével párhuzamosan) és a TM (a mágneses térvektor a hengerek tengelyeivel párhuzamos) sávdiagramjait az ábrán látható. 5. és 6. ábra, amelyeket erre a fotonikus kristályra számoltunk ki az ingyenes MPB programmal [23] . A fotonikus kristály hullámvektorait az X tengely mentén , a normalizált frekvenciát pedig az Y tengely mentén ábrázoljuk ( a hullámhossz vákuumban), az energiaállapotoknak megfelelően. Ezeken az ábrákon a kék és piros szilárd görbék az adott fotonikus kristály energiaállapotait jelzik TE és TM polarizált hullámok esetén. A kék és rózsaszín területek egy adott fotonikus kristályban a fotonok sávhézagát mutatják. A fekete szaggatott vonalak egy adott fotonikus kristály úgynevezett fényvonalai (vagy fénykúpja ) [24] [25] . Ezeknek a fotonikus kristályoknak az egyik fő alkalmazási területe az optikai hullámvezetők , és a fényvonal határozza meg azt a tartományt, amelyen belül az ilyen, alacsony veszteségű fotonikus kristályokból épített hullámvezetők hullámvezető módusai találhatók. Más szóval, a fényvonal határozza meg a számunkra érdekes energiaállapotok zónáját egy adott fotonikus kristályban. Az első dolog, amire figyelnie kell, az az, hogy ennek a fotonikus kristálynak két sávköze van a TE-polarizált hullámokhoz és három széles sávrés a TM-polarizált hullámokhoz. Másodszor, a TE és TM polarizált hullámok sávközei, amelyek a normalizált frekvencia kis értékeinek tartományában helyezkednek el , átfedik egymást, ami azt jelenti, hogy ennek a fotonikus kristálynak teljes sávrés van a sávközök átfedésének tartományában. TE és TM hullámok, nemcsak minden irányban, hanem bármilyen polarizációjú (TE vagy TM) hullámokhoz is. $d$ $\lambda$ $r=d/2$ $\lambda$ $r/\Lambda=0,4$ $f_{n}=\Lambda /\lambda$ $\lambda$ $f_{n}=\Lambda /\lambda=0.3$

A fenti függésekből meghatározhatjuk egy olyan fotonikus kristály geometriai paramétereit, amelynek az első tiltott zónája a normalizált frekvencia értékével az nm hullámhosszra esik . A fotonikus kristály periódusa nm, a lyukak sugara nm. Rizs. A 7. és 8. ábra egy fotonikus kristály reflexiós spektrumát mutatja a fent meghatározott paraméterekkel a TE és TM hullámokra. A spektrumokat a Translight programmal [15] számítottuk ki , feltételeztük, hogy ez a fotonikus kristály 8 pár lyukrétegből áll, és a sugárzás Γ-Κ irányban terjed. A fenti függőségekből láthatjuk a fotonikus kristályok legismertebb tulajdonságát - a fotonikus kristály tiltott sávjainak megfelelő sajátfrekvenciájú elektromágneses hullámokat (5. és 6. ábra), egységhez közeli visszaverődési együtthatóval, ill. szinte teljes visszaverődésnek vannak kitéve egy adott fotonikus kristályról. Az adott fotonikus kristály tiltott sávjain kívüli frekvenciájú elektromágneses hullámokat alacsonyabb reflexiós együttható jellemzi a fotonikus kristályról, és teljesen vagy részben áthaladnak rajta. $\lambda /\lambda=0.3$ $\lambda=980$ $\lambda=0,3\lambda=294$ $r=0,4\Lambda=117,6$

Fotonikus kristályok készítése

Jelenleg számos módszer létezik a fotonikus kristályok előállítására, és folyamatosan új módszerek jelennek meg. Egyes módszerek alkalmasabbak egydimenziós fotonikus kristályok képzésére, mások kétdimenziós kristályok kialakítására alkalmasak, mások gyakrabban alkalmazhatók háromdimenziós fotonikus kristályokra, másokat fotonikus kristályok előállítására használnak más optikai eszközökön, stb. Nézzük meg ezek közül a módszerek közül a leghíresebbet.

A fotonikus kristályok spontán képződését alkalmazó módszerek

A fotonikus kristályok spontán képződésében kolloid részecskéket használnak (leggyakrabban monodiszperz kvarc vagy polisztirol részecskéket használnak, de fokozatosan elérhetővé válnak más anyagok is, ahogy az előállításukra technológiai módszerek fejlődnek [26] [27] [28] [ 29] ), amelyek folyadékban vannak, és ahogy a folyadék elpárolog, bizonyos térfogatban lerakódnak [30] . Egymásra lerakódásuk során háromdimenziós fotonikus kristályt alkotnak, és főleg arcközpontú [31] vagy hatszögletű [32] kristályrácsokba rendeződnek. Ez a módszer meglehetősen lassú, a fotonikus kristály kialakulása hetekig is eltarthat.

A fotonikus kristályok spontán képződésének másik módszere, az úgynevezett méhsejt-módszer, a részecskéket tartalmazó folyadék kis pórusokon történő átszűrésével jár. Ezt a módszert a [33] [34] mutatja be , lehetővé teszi fotonikus kristály kialakítását a pórusokon átáramló folyadék sebessége által meghatározott sebességgel, de amikor egy ilyen kristály kiszárad, hibák keletkeznek a kristályban [35] .

[36] -ban egy olyan vertikális leválasztási módszert javasoltak, amely lehetővé teszi a fent leírtaknál nagyobb, erősen rendezett fotonikus kristályok létrehozását [37] .

Fentebb már megjegyeztük, hogy a legtöbb esetben nagy törésmutató-kontrasztra van szükség egy fotonikus kristályban ahhoz, hogy tiltott fotonikus sávokat kapjunk minden irányban. A fent említett fotonikus kristályok spontán képződésének módszereit leggyakrabban gömb alakú, kolloid szilícium-dioxid részecskék lerakására használták , amelyek törésmutatója viszonylag kicsi, így a törésmutató kontrasztja is kicsi. Ennek a kontrasztnak a növelésére további technológiai lépéseket (inverziót) alkalmaznak, melynek során először a részecskék közötti teret egy nagy törésmutatójú anyaggal töltik ki, majd a részecskéket maratják [38] . Az inverz opál kialakításának lépésről lépésre történő módszerét a laboratóriumi munkák elvégzésének módszertani utasítása ismerteti [39] .

Rézkarc módszerek

A maratási módszerek a legkényelmesebbek kétdimenziós fotonikus kristályok előállítására, és széles körben használt technológiai módszerek a félvezető eszközök gyártásában . Ezek a módszerek a félvezető felületére felvitt fotoreziszt maszk (amely például egy körtömböt határoz meg) használatán alapulnak, amely meghatározza a maratott tartomány geometriáját. Ez a maszk szabványos fotolitográfiai eljárással állítható elő, majd a minta felületének fotoreziszttel történő száraz vagy nedves maratásával . Ebben az esetben azokon a területeken, ahol a fotoreziszt található, a fotoreziszt felületét, a fényellenállás nélküli területeken pedig a félvezetőt maratják. Ez addig folytatódik, amíg el nem éri a kívánt maratási mélységet, majd ezt követően lemossuk a fotorezisztet. Így keletkezik a legegyszerűbb fotonikus kristály. Ennek a módszernek a hátránya a fotolitográfia alkalmazása , melynek legáltalánosabb felbontása egy mikronos nagyságrendű [40] . Amint azt a cikkben korábban bemutattuk, a fotonikus kristályok jellemző méretei több száz nanométer nagyságrendűek, így a fotolitográfia alkalmazását a fotonikus sávrés kristályok előállításában korlátozza a fotolitográfiás folyamat felbontása. Ennek ellenére a fotolitográfiát használják például a [41]-ben . Leggyakrabban a standard fotolitográfiai eljárás és az elektronsugaras litográfia kombinációját alkalmazzák a kívánt felbontás eléréséhez [42] . Fókuszált ionok (leggyakrabban Ga-ionok) nyalábjait fotonikus kristályok maratással történő előállításához is használják, ezek lehetővé teszik az anyag egy részének eltávolítását fotolitográfia és további maratás nélkül [43] . A fókuszált ionnyalábokat használó modern rendszerek egy speciális fájlformátumba írt úgynevezett "etch map"-ot használnak, amely leírja, hogy az ionnyaláb hol fog működni, hány impulzust küldjön az ionnyalábnak egy bizonyos pontra stb. [44] Így , a fotonikus kristály létrehozása ilyen rendszerekkel a lehető legnagyobb mértékben leegyszerűsödik - elegendő egy ilyen „maratási térképet” létrehozni (speciális szoftver segítségével), amelyben meghatározzák a periodikus maratási régiót, és betöltik egy vezérlő számítógépbe. a fókuszált ionsugár telepítését, és indítsa el a maratási folyamatot. További gázokat használnak a maratási sebesség növelésére, a maratási minőség javítására vagy az anyagok lerakódására a maratott területeken. A maratott területeken lerakódott anyagok fotonikus kristályok képződését teszik lehetővé, nemcsak az alapanyag és a levegő, hanem a forrásanyag, a levegő és a kiegészítő anyagok időszakos váltakozásával is. Az anyagok ezen rendszerek alkalmazásával történő lerakására a [45] [46] [47] forrásokban található példa .

Holografikus módszerek

A fotonikus kristályok létrehozásának holografikus módszerei a holográfia elveinek alkalmazásán alapulnak a törésmutató térbeli irányú periodikus változásának kialakítására . Ehhez két vagy több koherens hullám interferenciáját alkalmazzák, ami az elektromos tér intenzitásának periodikus eloszlását hozza létre [48] . Két hullám interferenciája lehetővé teszi egydimenziós fotonikus kristályok, három vagy több nyaláb - kétdimenziós és háromdimenziós fotonikus kristályok létrehozását [49] [50] .

Egyéb módszerek fotonikus kristályok létrehozására

Az egyfotonos fotolitográfia és a kétfotonos fotolitográfia lehetővé teszi 200 nm-es felbontású háromdimenziós fotonikus kristályok létrehozását [37] és egyes anyagok, például polimerek tulajdonságait , amelyek érzékenyek az egy- és kétfotonokra. besugárzás, és ennek a sugárzásnak a hatására megváltoztathatják tulajdonságaikat [51] [52] . Az elektronsugaras litográfia [53] [54] egy drága, de rendkívül pontos módszer kétdimenziós fotonikus kristályok előállítására [55] Ennél a módszernél egy fotoreziszt, amely megváltoztatja tulajdonságait az elektronnyaláb hatására, egy sugárral besugároznak bizonyos pontokon. helyek térbeli maszk kialakításához. A besugárzás után a fotoreziszt egy részét lemossák, a többit pedig maszkként használják maratáshoz a következő technológiai ciklusban. Ennek a módszernek a maximális felbontása 10 nm [56] . Az ionsugaras litográfia elvileg hasonló, csak elektronnyaláb helyett ionnyalábot használnak. Az ionsugaras litográfia előnyei az elektronsugaras litográfiával szemben, hogy a fotoreziszt érzékenyebb az ionnyalábokra, mint az elektronsugarakra, és nincs "közelségi effektus", amely korlátozza a lehető legkisebb területméretet a nyaláb litográfiában. elektronok [57] [58] [ 59] .

Alkalmazás

Az elosztott Bragg reflektor már az egydimenziós fotonikus kristályok széles körben használt és jól ismert példája.

A modern kibernetika jövője a fotonikus kristályokhoz kapcsolódik . Jelenleg a fotonikus kristályok tulajdonságainak intenzív tanulmányozása, a tanulmányozásukra vonatkozó elméleti módszerek kidolgozása, a különböző fotonikus kristályokkal működő eszközök fejlesztése és tanulmányozása, az elméletileg megjósolt hatások fotonikus kristályokban való gyakorlati megvalósítása folyik. feltételezte, hogy:

A fotonikus kristályokkal ellátott lézerek lehetővé teszik az alacsony jelű lézergenerálást, az úgynevezett alacsony küszöbű és nem küszöbértékű lézereket ;
A fotonikus kristályokon alapuló hullámvezetők nagyon kompaktak és alacsony veszteségekkel rendelkeznek;
A fotonikus kristályok segítségével negatív törésmutatójú közegeket lehet létrehozni , amelyek lehetővé teszik a fény egy hullámhossznál kisebb pontra történő fókuszálását (" szuperlencsék ");
A fotonikus kristályok jelentős diszperziós tulajdonságokkal rendelkeznek (tulajdonságuk a rajtuk áthaladó sugárzás hullámhosszától függ), ez lehetővé teszi szuperprizmák létrehozását ;
A kijelzők egy új osztálya , amelyben a pixel színkezelés fotonikus kristályok segítségével történik, részben vagy teljesen felváltja a meglévő kijelzőket;
A fotonkristályban előforduló fotonbezáródás jelenségének rendezett jellege miatt ezekre a médiákra lehet optikai memóriaeszközöket és logikai eszközöket építeni [60] [61] ;
A fotonikus szupravezetők [62] [63] bizonyos hőmérsékleteken mutatják szupravezető tulajdonságaikat, és teljes mértékben optikai hőmérséklet-érzékelőként használhatók, amelyek nagy frekvencián képesek működni, és kompatibilisek a fotonikus szigetelőkkel és félvezetőkkel. [64]

Lásd még

Jegyzetek

↑ VI. o.: Photonic Crystals, H. Benisty, V. Berger, J.-M. Gerard, D. Maystre, A. Cselnokov, Springer 2005.
↑ 1 2 3 E. L. Ivchenko, A. N. Poddubny, "Rezonáns háromdimenziós fotonikus kristályok", Solid State Physics, 2006, 48. kötet, 1. sz. 3, 540-547.
↑ V. A. Kosobukin, "Photonic crystals," Window to the Microworld ", No. 4, 2002. (elérhetetlen link) . Hozzáférés dátuma: 2007. október 22. Archiválva : 2007. november 2. (határozatlan)
↑ V. G. Fedotov, A. V. Selkin / MULTIWAVE BRAGG DIFRAKCIÓ ÉS INTERFERENCIA HATÁSOK 3D FOTÓK KRISTÁLYFILMEKBEN Archív másolat 2016. március 4-én a Wayback Machine -nél . — NRU ITMO folyóirat. — Nanorendszerek: fizika, kémia, matematika. – 2. cikk (11) bekezdése. -538 958 UDK
↑ 1 2 Fotonikus kristályok: Időszakos meglepetések az elektromágnesességben . Letöltve: 2007. október 11. Az eredetiből archiválva : 2011. május 22.. (határozatlan)
↑ CNews, A fotonikus kristályok voltak az elsők, amelyek feltalálták a pillangókat. (nem elérhető link) . Letöltve: 2019. június 26. Az eredetiből archiválva : 2014. március 31.. (határozatlan)
↑ S. Kinoshita, S. Yoshioka és K. Kawagoe "Strukturális színmechanizmusok a Morpho pillangóban: szabályosság és szabálytalanság együttműködése irizáló skálán", Proc. R. Soc. London. B, Vol. 269, 2002, pp. 1417-1421. . Letöltve: 2007. október 15. Az eredetiből archiválva : 2017. augusztus 9.. (határozatlan)
↑ http://ab-initio.mit.edu/wiki/index.php/MPB_Introduction Archivált 2017. február 2-án a Wayback Machine Steven Johnson MPB kézikönyvében.
↑ Szoftvercsomag fizikai problémák megoldására. . Letöltve: 2007. október 18. Az eredetiből archiválva : 2017. február 9.. (határozatlan)
↑ http://optics.synopsys.com/rsoft/rsoft-passive-device-fullwave.html Archivált 2017. február 2-án a Wayback Machine RSOFT Fullwave Electrodynamics szoftvercsomagban.
↑ MIT Photonic Bands szoftvercsomag fotonikus kristályok sávdiagramjainak kiszámításához. . Letöltve: 2007. október 18. Az eredetiből archiválva : 2017. február 2.. (határozatlan)
↑ RSOFT BandSolve szoftvercsomag fotonikus kristályok sávdiagramjainak kiszámításához. . Letöltve: 2014. szeptember 22. Az eredetiből archiválva : 2017. február 3.. (határozatlan)
↑ A. Reisinger, "Optikai irányított módok jellemzői veszteséges hullámvezetőkben", Appl. Opt., Vol. 12, 1073, p. 1015.
↑ MH Eghlidi, K. Mehrany és B. Rashidian, "Javított differenciálátviteli mátrix módszer inhomogén egydimenziós fotonikus kristályokhoz", J. Opt. szoc. Am. B, Vol. 23. sz. 7, 2006, pp. 1451-1459.
↑ 1 2 Translight program, Andrew L. Reynolds, a Glasgow-i Egyetem Elektronikai és Villamosmérnöki Tanszékének Optoelektronikai Kutatócsoportjának fotonikus sávú anyagok kutatócsoportja, valamint a londoni Imperial College első programozói, JB Pendry professzor , PM Bell professzor, Dr. AJ Ward és Dr. L. Martin Moreno.
↑ Matlab - a technikai számítások nyelve. . Letöltve: 2007. október 18. Az eredetiből archiválva : 2010. december 23.. (határozatlan)
↑ 40. o., JD Joannopoulos, RD Meade és JN Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton Univ. Sajtó, 1995.
↑ 241. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
↑ 246. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
↑ D. Vujic és S. John . "Impulzus-átalakítás fotonikus kristály hullámvezetőkben és mikroüregekben Kerr-féle nemlinearitással: A teljes optikai kapcsolás kritikus kérdései", Physical Review A, Vol. 72, 2005, p. 013807. Archiválva : 2007. április 16. a Wayback Machine -nál
↑ http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/114286507/PDFSTART (nem elérhető link) J. Ge, Y. Hu és Y. Yin, "Highly Tunable Superparamagnetic Colloidal Photonic Crystals", Angewandte Chemie International Edition Vol. 46, sz. 39. o. 7428-7431.
↑ A. Figotin, YA Godin és I. Vitebsky, "Two-dimensional tunable photonic crystals", Physical Review B, Vol. 57, 1998, p. 2841. . Letöltve: 2007. október 22. Az eredetiből archiválva : 2008. október 14.. (határozatlan)
↑ MIT Photonic-Bands csomag, amelyet Steven G. Johnson fejlesztett ki az MIT-n a Joannopoulos Ab Initio Physics csoporttal együtt. . Letöltve: 2007. október 18. Az eredetiből archiválva : 2017. február 2.. (határozatlan)
↑ http://www.elettra.trieste.it/experiments/beamlines/lilit/htdocs/people/luca/tesihtml/node14.html Archiválva : 2007. november 16., a Wayback Machine Fabrication and Characterization of Photonic Band Gap Materials.
↑ P. Lalanne, "A fénykúp felett működő fotonikus kristályhullámvezetők elektromágneses elemzése", IEEE J., Quentum Electronics, Vol. 38, sz. 7, 2002, pp. 800-804."
↑ A. Pucci, M. Bernabo, P. Elvati, LI Meza, F. Galembeck, CA de P. Leite, N. Tirelli és G. Ruggeriab, "Arany nanorészecskék fotoindukálása vinilalkohol alapú polimerekké", J. mater. Chem., Vol. 16, 2006, pp. 1058-1066.
↑ A. Reinholdt, R. Detemple, AL Stepanov, TE Weirich és U. Kreibig, "Új nanorészecskék: ZrN-nanorészecskék", Applied Physics B: Lasers and Optics, Vol. 77, 2003, pp. 681-686. (nem elérhető link)
↑ L. Maedler, WJ Stark és SE Pratsinisa, "Simultaneous deposition of Au nanoparticles during flame synthesis of TiO2 and SiO2", J. Mater. Res., Vol. 18, sz. 1, 2003, pp. 115-120.
↑ KK Akurati, R. Dittmann, A. Vital, U. Klotz, P. Hug, T. Graule és M. Winterer, "Silica-based kompozit és vegyes oxid nanorészecskék légköri nyomású lángszintézisből", Journal of Nanoparticle Research , Vol. 8, 2006, pp. 379-393. (nem elérhető link)
↑ 252. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004
↑ A.-P. Hynninen, JHJ Thijssen, ECM Vermolen, M. Dijkstra és A. van Blaaderen, "Self-assembly route for photonic crystals with a bandgap in the discovery", Nature Materials 6, 2007, pp. 202-205.
↑ X. Ma, W. Shi, Z. Yan és B. Shen, "Szilícium-dioxid/cink-oxid mag-héj kolloid fotonikus kristályok gyártása", Applied Physics B: Lasers and Optics, Vol. 88, 2007, pp. 245-248. (nem elérhető link)
↑ SH Park és Y. Xia, "Mezoskálájú részecskék nagy felületeken való összeállítása és alkalmazása hangolható optikai szűrők előállításában", Langmuir, Vol. 23, 1999, pp. 266-273. (nem elérhető link)
↑ SH Park, B. Gates, Y. Xia, "A látható régióban működő háromdimenziós fotonikus kristály", Advanced Materials, 1999, 1. kötet. 11, pp. 466-469. (nem elérhető link)
↑ 252. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
↑ YA Vlasov, X.-Z. Bo, JC Sturm és DJ Norris, "On-chip natural assembly of Silicon photonic bandgap crystals", Nature, 2. kötet. 414. sz. 6861, p. 289.
↑ 1 2 254. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
↑ M. Cai, R. Zong, B. Li és J. Zhou, "Synthesis of inverz opál polimer filmek", Journal of Materials Science Letters, Vol. 22, sz. 18, 2003, pp. 1295-1297. (nem elérhető link)
↑ R. Schroden, N. Balakrishan, "Inverz opál fotonikus kristályok. Laboratóriumi útmutató, University of Minnesota. (nem elérhető link) . Letöltve: 2007. október 22. Az eredetiből archiválva : 2007. augusztus 18.. (határozatlan)
↑ Virtuális tisztatér, Georgia Institute of Technology. (nem elérhető link) . Letöltve: 2007. október 23. Az eredetiből archiválva : 2016. december 23.. (határozatlan)
↑ P. Yao, GJ Schneider, DW Prather, ED Wetzel és DJ O'Brien, "Tármidimenziós fotonikus kristályok gyártása többrétegű fotolitográfiával", Optics Express, Vol. 13. sz. 7, 2005, pp. 2370-2376.
↑ A. Jugessur, P. Pottier és R. De La Rue, "Engineering the filter response of photonic crystal microcavity filters", Optics Express, Vol. 12, sz. 7, 2005, pp. 1304-1312. . Letöltve: 2007. október 23. Az eredetiből archiválva : 2004. június 2.. (határozatlan)
↑ S. Khizroev, A. Lavrenov, N. Amos, R. Chomko és D. Litvinov, "Focused Ion Beam as a Nanofabrication Tool for Rapid Prototyping of Nanomagnetic Devices", Microsc Microanal 12 (Supp 2), 2006, pp. 128-129.
↑ Nanogyártás és gyors prototípuskészítés DialBeam műszerekkel. FEI Társaság. . Hozzáférés időpontja: 2007. október 23. Az eredetiből archiválva : 2015. június 22. (határozatlan)
↑ Y. Fu, N. Kok, A. Bryan és ON Shing, "Integrated Micro-Cylindrical Lens with Laser Diode for Single-Mode Fiber Coupling", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 12, sz. 9, 2000, pp. 1213-1215. (nem elérhető link) . Letöltve: 2007. október 23. Az eredetiből archiválva : 2006. május 24.. (határozatlan)
↑ S. Matsui és Y. Ochiai, "Focused ion beam applications to solid state devices", Nanotechnology, Vol. 7, 1996, pp. 247-258.
↑ M.W. Phaneuf, "A FIB nano-lerakódás és nanomegmunkálás alkalmazásai (szórakoztató és gyakorlati)", Microsc. Mikroanális. 8 (2. melléklet), 2002, pp. 568CD-569CD.
↑ 257. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
↑ GQ Liang, WD Mao, YY Pu, H. Zou, HZ Wang és ZH Zeng, "Kétdimenziós csatolt fotonikus kristályrezonátor tömbök gyártása holografikus litográfiával" (nem elérhető link) , Appl. Phys. Lett. Vol. 89, 2006, p. 041902.
↑ M. Duneau, F. Delyon és M. Audier, "Holografikus módszer háromdimenziós fotonikus kristályok közvetlen növekedésére kémiai gőzleválasztással" (nem elérhető hivatkozás) , Journal of Applied Physics , Vol. 96, sz. 5, 2004, pp. 2428-2436.
↑ BH Cumpston, SP Ananthavel, S. Barlow, DL Dyer, JE Ehrlich, LL Erskine, AA Heikal, SM Kuebler, I.-YSLee, D. McCord-Maughon, J. Qin, H. Roeckel, M. Rumi, X .-L. Wu, SR Marder és JW Perry, "Kétfoton polimerizációs iniciátorok háromdimenziós optikai adattároláshoz és mikrogyártáshoz", Nature, Vol. 398. sz. 6722, 1999, pp. 51-54.
↑ S. Jeon, V. Malyarchuk és JA Rogers, "Táromdimenziós nanostruktúrák készítése két foton litográfiával egyetlen expozíciós lépésben", Optics Express, Vol. 14. sz. 6, 2006, pp. 2300-2308. (nem elérhető link) . Letöltve: 2007. október 23. Az eredetiből archiválva : 2010. június 14. (határozatlan)
↑ http://www.azonano.com/details.asp?ArticleID=1208 Archiválva : 2008. július 25. a Wayback Machine -nél Cikk az elektronsugaras litográfiáról az Azonano honlapján.
↑ AS Gozdz, PSD Lin, A. Scherer és SF Lee, "Elsőrendű rácsok gyors közvetlen e-sugaras litográfiai gyártása 1,3 μm-es DFB lézerekhez", IEEE Electronics Letters, 1. kötet. 24. sz. 2. 1988, pp. 123-125.
↑ 256. o., PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
↑ INEX asszociációs oldal, amely leírja a használt elektronsugaras litográfiai elrendezés paramétereit. (nem elérhető link) . Hozzáférés dátuma: 2007. október 23. Az eredetiből archiválva : 2007. július 28. (határozatlan)
↑ 277. o., J. Orloff, M. Utlaut és Lynwood Swanson, Nagy felbontású fókuszált ionsugarak. FIB és alkalmazásai, Kluwer Academic, 2003.
↑ K. Arshak, M. Mihov, A. Arshak, D. McDonagh és D. Sutton, "Focused Ion Beam Lithography-Overview and New Approaches", Proc. 24. Nemzetközi Mikroelektronikai Konferencia (MIEL 2004), Vol. 2, 2004, pp. 459-462.
↑ K. Arshak, M. Mihov, A. Arshak, D. McDonagh, D. Sutton és SB Newcomb, "Negatív ellenálló kép szárazmaratással, mint felületi képalkotási eljárás fókuszált ionsugarakkal", J. Vac. sci. Technol. B, Vol. 22, No. „1, 2004, pp. 189-195. (nem elérhető link)
↑ K. Asakawa, Y. Sugimoto, Y. Watanabe, N. Ozaki, A. Mizutani, Y. Takata, Y. Kitagawa, H. Ishikawa, N. Ikeda, K. Awazu, X. Wang, A. Watanabe, S Nakamura, S. Ohkouchi, K. Inoue, M. Kristensen, O. Sigmund, P. I. Bore és R. Baets, "Fotonic kristály és kvantumpont technológiák teljesen optikai kapcsolókhoz és logikai eszközökhöz", New J. Phys., 4. kötet . 8, 2006, p. 208.
↑ P. Lodahl, A. F. van Driel, I. S. Nikolaev1, A. Irman, K. Overgaag, D. Vanmaekelbergh és W. L. Vos, "Controlling the dynamics of spontan emission from quantum dots by photonic crystals", Nature, 4. kötet. 430, sz. 7000, 2004, 654. o. . Letöltve: 2007. október 22. Az eredetiből archiválva : 2005. szeptember 24.. (határozatlan)
↑ CHR Ooi, TC Au Yeung, CH Kam és TK Lim, "Fotonic band gap in a superconductor-dilectric superlattice", Phys. Fordulat. B, Vol. 61, 2000, pp. 5920 - 5923. (elérhetetlen link)
↑ C.-J. Wu, M.-S. Chen és T.-J. Yang, "Fotónikus sáv szerkezete szupravezető-dielektromos szuperrácshoz", Physica C: Superconductivity, Vol. 432, 2005, pp. 133-139. (nem elérhető link)
↑ Ilja Poliscsuk. A fotonikus kristályok jelentik majd a mikroelektronika új generációjának alapját (2011. október 31.). Letöltve: 2021. március 23. Az eredetiből archiválva : 2013. január 10. (Orosz)

Irodalom

K. Sakoda, Optical Properties of Photonic Crystals, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001
JD Joannopoulos, RD Meade és JN Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton Univ. sajtó, 1995.
PN Prasad, Nanophotonics, John Wiley and Sons, 2004.
J.-M. Lourtioz, H. Benistry, V. Berger, J.-M. Gerard, D. Maystre, A. Tchelnokov, Fotonikus kristályok. Towards Nanoscale Photonic Devices, Springer, 2005.
V. I. Belotelov, A. K. Zvezdin, Fotonikus kristályok és egyéb metaanyagok. Kvantum könyvtár. Probléma. 94. 2006