光子晶体的应用背景和研究历史

1.光子晶体用途

光子晶体是一种控制光的材料,可以做成

1.光学波导、腔体、光子晶体光纤、高效率发光二极管、单色光发光二极管

2.高反镜、FP滤波器、分布反馈激光器、

光子晶体超棱镜

低阈值激光振荡(利用抑制自发辐射的特性)

采用扰动光子晶体也可得到极窄带通的滤波器【17】

Y光子晶体波导分光器、耦合器,以及分支波导

光学偏振控制器

光子晶体光开关和光延时器

光子晶体性质

1.光子禁带

利用光子晶体控制原子自发辐射的特性,可以用来制作低损耗、宽频带的光反射镜,制作量子效率高的发光二极管等;还可以用来制作滤波器,实现对光子滤波性能。反过来,光子晶体也可以增强自发辅射,只要增加该频率光子的态的数目便可实现。如在光子晶体中引入杂质,光子禁带中将出现高品质因子的杂质态,有很大的态密度,使自发辐射得到增强。

 

 2.光子局域

光子晶体的另一个重要特性是“光子局域性”,如同在半导体材料中引入缺陷结构后电子、空穴能被缺陷所俘获一样,在光子晶体中也引入某种缺陷或杂质,光子晶体原有的对称性或周期性受到破坏,结果在光子禁带中可能会出现频率极窄的缺陷态,频率在缺陷态频率范围的光子就会被局域在缺陷位置,当其偏离缺陷位置,光就会迅速衰减[,这一特性称之为光子局域。对于其内部的光来说是个陷讲,而对其外部的光来说则是个完美的反射体。

研究历史

 

在1987年以前,详尽的研究主要集中在一维光子晶体,即规则排列的多层半导体材料上(例如布拉格反射镜)。

从1887[4]瑞利(Lord Rayleigh)开始研究一维晶体,发现这种结构具有一维光子禁带,即对于一定波长范围的波具有极大的反射率。今天,这种结构被广泛应用于各种各样的领域,从反射镜表面的高反膜到布拉格光纤中布拉格光栅,实际上可看成是一维光子晶体。

1971年,Bykov[5]第一次研究了镶嵌光子晶体中的原子自发发射受光子禁带的影响现象,还推测了自发发射受二维和三维光子晶体的光子禁带影响。

 1987年,美国Bell实验室的E.Yablonovitch[2】和Princeton大学的S.John[3]分布在研究材料的辐射性质和无序电介质材料中的光子局域时,各自独立地提出了 “光子晶体(Photonic Crystal)”这一全新概念,发现介电常数呈周期性变化的结构会使光的传播特性发生变化,光子晶体的出现,使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。

1996年,Thomas Krauss制作出世界上第一个在光学尺寸上的二维光子晶体,他成功地幵辟了一条新道路,即利用已有的半导体工业技术来制造半导体材料的光子晶体。这种光子晶体在结构上最为简单,易于制备,目前在光纤和半导体激光器中已得到应用。

 

由J.A.Oswald等制作的金属介质复合型光子晶体可以完全滤掉从低频(频率接近OHz)到红外波段的电磁波,传统滤波器是难以实现这种大范围滤波作用的。

[17]X.Y.Lei,H.Li,EDing,etal.NOvelaPPlicationofaPertuthedPhotonie erystal:Highqualityfilter[J].APPI.Phys.玫tt.,1997,71(20):2889一2891

[2] Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electroiucs[J].Physical review letters, 1987,58(20): 2059-2062.

[3] JOHN S_ Strong localization of photon in certain disordered dielectric super lattice[J]. Phys Rev Lett,1987, 58 (23) : 2486-2489.

 

posted @ 2017-05-12 12:52  I know you  阅读(1052)  评论(0编辑  收藏