光子晶体

光子晶体（Photonic Crystal），物质的一种结构。

原理

“光子晶体”是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。由于介电常数存在空间上的周期性，引起空间折射率的周期变化，当介电系数的变化足够大且变化周期与光波长相当时，光波的色散关系出现带状结构，此即光子能带结构(Photonic Band structures)。这些被禁止的频率区间称为“光子频率带隙”(Photonic Band Gap，PBG)，频率落在禁带中的光或电磁波是被严格禁止传播的。我们将具有“光子频率带隙”的周期性介电结构称作为光子晶体(Photonic Crystals)。特别需要指出的是，介电常数周期性排列的方向并不等同于带隙出现的方向，在一维光子晶体和二维光子晶体中，也有可能出现全方位的三维带隙结构。

应用

光子晶体体积非常小，在新的纳米技术中、光计算机、芯片等领域有广泛的应用前景。使用光子晶体制造的光子晶体光纤，也有比传统光纤更好的传输特性，可以进而应用到通信、生物等诸多前沿和交叉领域。

2005年美國的研究人員成功地使用兩種新式二維光子晶體，將光的群速度(group velocity)降低了超過一百倍。^*這項裝置未來可望被應用於各種光學系統及元件中，其中包括高功率、低閥值的光子晶體雷射。

光子晶體也可以將拉曼光訊號放大一百萬倍。英國的Mesophotonics宣稱，該公司於2005年的Photonics West會議中發表這種結合光子晶體與表面增強拉曼光譜術(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)的產品，由於靈敏度超高，未來可望應用在醫療診斷、藥物輸送，以至於環境監控上。

^*參見 Appl. Phys. Lett. 86, p.111102 (2005).

参见

外部链接

Photonic Crystal Research

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