Фатонны крышталь
Фатонны крышталь - гэта сучасны матэрыял, які складаецца напераменку з элементарных вочак з вялікім і малым паказчыкам праламлення і памерамі, параўнальнымі з даўжынёй хвалі святла з дадзенага інтэрвалу спектру. Фанічныя крышталі выкарыстоўваюцца ў оптаэлектроніцы. Мяркуецца, што выкарыстанне фатоннага крышталя дазволіць, напрыклад. для кіравання распаўсюджваннем светлавой хвалі і створыць магчымасці для стварэння фатонных інтэгральных схем і аптычных сістэм, а таксама тэлекамунікацыйных сетак з вялізнай прапускной здольнасцю (парадку Пбіт / с).
Уплыў гэтага матэрыялу на шлях святла падобна ўплыву рашоткі на рух электронаў у паўправадніковым крышталі. Адсюль і назва «фатонны крышталь». Структура фатоннага крышталя перашкаджае распаўсюджванню ўнутры яго светлавых хваль у пэўным дыяпазоне даўжынь хваль. Затым так званы фатонны зазор. Канцэпцыя стварэння фатонных крышталяў была створана адначасова ў 1987 годзе ў двух даследчых цэнтрах ЗША.
Элі Яблановіч з Bell Communications Research у Нью-Джэрсі працаваў над матэрыяламі для фатонных транзістараў. Менавіта тады ён увёў тэрмін "фатонная забароненая зона". У той жа час Саджыў Джон з Прайстанскага ўніверсітэта, працуючы над павышэннем эфектыўнасці лазераў, якія выкарыстоўваюцца ў тэлекамунікацыях, выявіў той самы прабел. У 1991 годзе Элі Яблановіч атрымаў першы фатонны крышталь. У 1997 годзе быў распрацаваны масавы метад атрымання крышталяў.
Прыкладам сустракаемага ў прыродзе трохмернага фатоннага крышталя з'яўляецца апал, прыклад фатоннага пласта крыла матылі роду Morpho. Аднак фатонныя крышталі звычайна вырабляюцца штучна ў лабараторыях з крэмнію, таксама порыстага. Па сваім будынку яны дзеляцца на адна-, двух-і трохмерныя. Самая простая структура - гэта аднамерная структура. Аднамерныя фатонныя крышталі ўяўляюць сабой вядомыя і даўно выкарыстоўваныя дыэлектрычныя пласты, для якіх характэрны каэфіцыент адлюстравання, які залежыць ад даўжыні хвалі падальнага святла. Фактычна гэта брэггаўскае люстэрка, якое складаецца з мноства пластоў з якія чаргуюцца высокімі і нізкімі паказчыкамі праламлення. Люстэрка Брэгга працуе як звычайны фільтр ніжніх частот, адны частоты адлюстроўваюцца, а іншыя прапускаюцца. Калі згарнуць люстэрка Брэгга ў трубку, тое атрымаецца двухмерная структура.
Прыкладамі штучна створаных двухмерных фатонных крышталяў з'яўляюцца фатонныя аптычныя валокны і фатонныя пласты, якія пасля некалькіх мадыфікацый можна выкарыстоўваць для змены кірунку светлавога сігналу на адлегласцях, значна малодшых, чым у звычайных сістэмах інтэгральнай оптыкі. У наш час існуе два метаду мадэлявання фатонных крышталяў.
першы - ШІМ (метад плоскіх хваль) ставіцца да адно-і двухмерных структур і заключаецца ў разліку тэарэтычных раўнанняў, у тым ліку раўнанняў Блыха, Фарадэя, Максвела. Другі Метадам мадэлявання валаконна-аптычных структур з'яўляецца метад FDTD (Finite Difference Time Domain), які заключаецца ў вырашэнні ўраўненняў Максвела з часовай залежнасцю для электрычнага поля і магнітнага поля. Гэта дазваляе праводзіць лікавыя эксперыменты па распаўсюджванні электрамагнітных хваль у зададзеных крышталічных структурах. У будучыні гэта павінна дазволіць атрымаць фатонныя сістэмы з памерамі, параўнальнымі з памерамі мікраэлектронных прылад, якія выкарыстоўваюцца для кіравання святлом.
Некаторыя прымянення фатоннага крышталя:
- Селектыўныя люстэркі лазерных рэзанатараў,
- Лазеры з размеркаванай зваротнай сувяззю,
- Фатонныя валокны (фотонна-крышталічнае валакно), ніткі і планарныя,
- Фатонныя паўправаднікі, ультрабелыя пігменты,
- Святлодыёды з падвышаным ККД, Мікрарэзанатары, Метаматэрыялы – левыя матэрыялы,
- Шырокапалоснае тэсціраванне фатонных прылад,
- спектраскапія, інтэрфераметрыя або аптычная кагерэнтная тамаграфія (ОКТ) - выкарыстанне моцнага фазавага эфекту.
