Kristal fotonik

Një kristal fotonik është një material modern që përbëhet në mënyrë alternative nga qeliza elementare me një indeks të lartë dhe të ulët thyes dhe madhësi të krahasueshme me gjatësinë e valës së dritës nga një interval i caktuar spektral. Kristalet fonike përdoren në optoelektronikë. Supozohet se përdorimi i një kristali fotonik do të lejojë, për shembull. për të kontrolluar përhapjen e një valë drite dhe do të krijojë mundësi për krijimin e qarqeve të integruara fotonike dhe sistemeve optike, si dhe rrjeteve të telekomunikacionit me xhiro enorme (në rendin Pbit/s).

Efekti i këtij materiali në rrugën e dritës është i ngjashëm me efektin e një grilë në lëvizjen e elektroneve në një kristal gjysmëpërçues. Prandaj emri "kristal fotonik". Struktura e një kristali fotonik parandalon përhapjen e valëve të dritës brenda një gamë të caktuar gjatësi vale brenda tij. Pastaj ekziston i ashtuquajturi boshllëk fotonik. Koncepti i krijimit të kristaleve fotonike u krijua njëkohësisht në vitin 1987 në dy qendra kërkimore amerikane.

Eli Yablonovitch në Bell Communications Research në New Jersey ka punuar në materiale për transistorët fotonik. Ishte atëherë që ai shpiku termin "hendeku i brezit fotonik". Në të njëjtën kohë, Sajeev John i Universitetit Priceton, duke punuar për të përmirësuar efikasitetin e lazerëve të përdorur në telekomunikacion, zbuloi pikërisht këtë boshllëk. Në vitin 1991, Eli Yablonovitch mori kristalin e parë fotonik. Në vitin 1997, u zhvillua një metodë masive për marrjen e kristaleve.

Një shembull i një kristali fotonik tre-dimensional natyral është opali, një shembull i shtresës fotonike të krahut të një fluture të gjinisë Morpho. Sidoqoftë, kristalet fotonike zakonisht bëhen artificialisht në laboratorë nga silikoni, i cili është gjithashtu poroz. Sipas strukturës së tyre, ato ndahen në një, dy dhe tre-dimensionale. Struktura më e thjeshtë është një strukturë njëdimensionale. Kristalet fotonike njëdimensionale janë shtresa dielektrike të njohura dhe të përdorura gjatë që shfaqin një reflektim që varet nga gjatësia e valës së dritës rënëse. Në fakt, është një pasqyrë Bragg e përbërë nga shumë shtresa me indekse refraktive të alternuara të larta dhe të ulëta. Një pasqyrë Bragg funksionon si një filtër i rregullt me ​​kalim të ulët, duke reflektuar disa frekuenca ndërsa kalon të tjerat. Nëse rrokullisni një pasqyrë Bragg në një tub, ju merrni një strukturë dy-dimensionale.

Shembuj të kristaleve fotonike dy-dimensionale të krijuara artificialisht janë fibrat optike fotonike dhe shtresat fotonike, të cilat, pas disa modifikimeve, mund të përdoren për të ridrejtuar një sinjal drite në distanca shumë më të shkurtra sesa në sistemet optike të integruara konvencionale. Aktualisht, ekzistojnë dy metoda për modelimin e kristaleve fotonike.

первый – PWM (metoda e valës së planit) i referohet strukturave një dhe dy-dimensionale dhe përfshin llogaritjen e ekuacioneve teorike, duke përfshirë ekuacionet Bloch, Faraday dhe Maxwell. I dytë Metoda për modelimin e strukturave me fibra optike është metoda FDTD (Finite Difference Time Domain), e cila konsiston në zgjidhjen e ekuacioneve të Maxwell-it me varësinë kohore për fushën elektrike dhe fushën magnetike. Kjo bën të mundur kryerjen e eksperimenteve numerike mbi përhapjen e valëve elektromagnetike në strukturat e dhëna kristalore. Në të ardhmen, kjo duhet të bëjë të mundur marrjen e sistemeve fotonike me dimensione të krahasueshme me ato të pajisjeve mikroelektronike që përdoren për të kontrolluar dritën.

Disa aplikime të kristalit fotonik:

• Pasqyrat selektive të zgavrave me lazer,
• Laser me reagime të shpërndara,
• Fijet fotonike (fibra kristal fotonike), fije dhe planare,
• Gjysem percjelles fotonik, pigmente ultra te bardha,
• LED me efikasitet të shtuar, Mikrorezonatorë, Metamateriale - materiale me dorën e majtë,
• Testimi me brez të gjerë të pajisjeve fotonike,
• spektroskopia, interferometria ose tomografia e koherencës optike (OCT) - përdorimi i një efekti të fortë fazor.