Tinh thể quang tử
Tinh thể quang tử là một vật liệu hiện đại bao gồm xen kẽ các tế bào cơ bản có chiết suất cao và thấp và kích thước có thể so sánh với bước sóng ánh sáng từ một dải quang phổ nhất định. Tinh thể phonic được sử dụng trong quang điện tử. Ví dụ, giả định rằng việc sử dụng một tinh thể quang tử sẽ cho phép. để kiểm soát sự lan truyền của sóng ánh sáng và sẽ tạo cơ hội cho việc tạo ra các mạch tích hợp quang tử và hệ thống quang học, cũng như các mạng viễn thông có băng thông khổng lồ (theo bậc Pbps).
Ảnh hưởng của vật liệu này lên đường truyền của ánh sáng tương tự như ảnh hưởng của cách tử đối với sự chuyển động của các electron trong tinh thể bán dẫn. Do đó có tên "tinh thể quang tử". Cấu trúc của một tinh thể quang tử ngăn cản sự truyền sóng ánh sáng bên trong nó trong một phạm vi bước sóng nhất định. Sau đó, cái gọi là khoảng cách photon. Khái niệm tạo tinh thể quang tử được tạo ra đồng thời vào năm 1987 tại hai trung tâm nghiên cứu của Hoa Kỳ.
Eli Jablonovich của Bell Communications Research ở New Jersey đã nghiên cứu vật liệu cho bóng bán dẫn quang tử. Sau đó, ông đặt ra thuật ngữ "dải băng quang". Đồng thời, Sajiv John của Đại học Prieston, trong khi làm việc để cải thiện hiệu quả của tia laser được sử dụng trong viễn thông, đã phát hiện ra lỗ hổng tương tự. Năm 1991, Eli Yablonovich nhận được tinh thể quang tử đầu tiên. Năm 1997, một phương pháp khối lượng để thu được tinh thể đã được phát triển.
Một ví dụ về tinh thể quang tử ba chiều xuất hiện tự nhiên là opal, một ví dụ về lớp quang tử trên cánh của một con bướm thuộc giống Morpho. Tuy nhiên, tinh thể quang tử thường được chế tạo nhân tạo trong phòng thí nghiệm từ silicon, loại này cũng xốp. Theo cấu trúc của chúng, chúng được chia thành một, hai và ba chiều. Cấu trúc đơn giản nhất là cấu trúc một chiều. Tinh thể quang tử một chiều là lớp điện môi được biết đến và sử dụng từ lâu, được đặc trưng bởi hệ số phản xạ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng tới. Thực chất đây là một chiếc gương Bragg, gồm nhiều lớp với chiết suất cao và thấp xen kẽ nhau. Gương Bragg hoạt động giống như một bộ lọc thông thấp thông thường, một số tần số được phản xạ trong khi những tần số khác được truyền qua. Nếu bạn cuộn gương Bragg thành một cái ống, bạn sẽ có một cấu trúc hai chiều.
Ví dụ về tinh thể quang tử hai chiều được tạo ra nhân tạo là các sợi quang tử quang và các lớp quang tử, sau một số sửa đổi, có thể được sử dụng để thay đổi hướng của tín hiệu ánh sáng ở khoảng cách nhỏ hơn nhiều so với các hệ thống quang học tích hợp thông thường. Hiện tại có hai phương pháp để tạo mô hình tinh thể quang tử.
đầu tiên – PWM (phương pháp sóng phẳng) dùng để chỉ các cấu trúc một và hai chiều và bao gồm việc tính toán các phương trình lý thuyết, bao gồm các phương trình Bloch, Faraday, Maxwell. Thứ hai Phương pháp để mô hình hóa cấu trúc sợi quang là phương pháp FDTD (Miền thời gian chênh lệch hữu hạn), bao gồm việc giải các phương trình Maxwell với sự phụ thuộc thời gian cho điện trường và từ trường. Điều này làm cho nó có thể thực hiện các thí nghiệm số về sự lan truyền của sóng điện từ trong các cấu trúc tinh thể nhất định. Trong tương lai, điều này sẽ giúp có thể thu được các hệ thống quang tử có kích thước tương đương với kích thước của các thiết bị vi điện tử được sử dụng để điều khiển ánh sáng.
Một số ứng dụng của tinh thể quang tử:
- Gương chọn lọc của bộ cộng hưởng laze,
- laser phản hồi phân tán,
- Sợi quang tử (sợi tinh thể quang tử), sợi nhỏ và phẳng,
- Chất bán dẫn quang tử, sắc tố siêu trắng,
- Đèn LED với hiệu quả tăng lên, Microresonators, Siêu vật liệu - vật liệu còn lại,
- Thử nghiệm băng thông rộng của các thiết bị quang tử,
- quang phổ, giao thoa kế hoặc chụp cắt lớp kết hợp quang học (OCT) - sử dụng hiệu ứng pha mạnh.
