等离子体光子晶体（精选3篇）

等离子体光子晶体 第1篇

在过去的半个世纪里, 以半导体技术为基础的信息产业的迅速发展, 极大地改变了人类社会, 电子计算机、信息高速公路已遍布全球并成为人类生活的重要组成部分。然而目前半导体器件的集成度及速度已接近极限, 为推动信息产业的进一步发展, 科学家们把目光投向了光子技术。光子在许多方面优于电子, 利用光子作为信息载体, 将可以实现更大容量、更高速度的信息处理。光子晶体的出现将使光子器件微型化和光路集成化成为可能。

1987年, 美国科学家Yablonovitch和John在《物理评论快报》上发表文章, 提出了光子晶体概念。光子晶体是一种模拟传统晶体的, 介电常数在光波长尺度上呈现周期性变化, 从而具有一定能带结构的人造晶体或人造结构。半导体中由原子排列形成的晶格结构产生的周期性电势场对在其中的电子的运动产生调制作用, 使电子形成能带结构。光子晶体中不同的介质材料交替排列形成介电常数 (折射率) 在空间上的周期性分布, 也可对在其中传播的光产生调制作用, 并使光的色散曲线形成能带结构, 出现光子带隙。频率落在禁带中的光子, 将被光子晶体禁止传播。据此, 光子晶体能够控制和操纵光的传播。

光子晶体概念的提出, 标志着科技发展史上“光子时代”的到来。自从光子晶体概念提出以来, 关于光子晶体的理论研究、实验研究和应用研究都有了很大的进展。1999年底, 关于光子晶体的研究被“Science”杂志评为十大重要进展之一。

光子晶体目前已得到了较广泛的研究和应用, 在多个领域显示了独特优势:用光子晶体制作的小型偶极平面微波发射天线, 可将几乎100%的电磁波发射到空间, 为将天线做进集成电路创造了条件。在激光器中加入带缺陷的光子晶体, 能几乎完全避免自发辐射造成的损耗, 大大地降低激光器的阈值。目前光子晶体激光器的阈值已经降到了50μA, 而研制零阈值激光器则是科学家的目标。

利用光子晶体还可以制作弯曲性能极优异的光波导、宽带带阻滤波器和极窄带选频滤波器, 以及光放大器、光存储器、光限幅器、光频率变换器、偏振器和光开关等等。这些光器件都将比相应的电器件的性能更优越。

光子晶体也为半导体激光器及线路的超小型化创造了条件。结合二维光子晶体薄膜等技术, 可实现包括可见光、红外及微波频段的集成光路, 形成以光子晶体为基础的器件体系, 建立光频域电子学。

光子晶体光纤是一种二维光子晶体。在光纤中引入线缺陷作为纤芯, 可将光限制在光纤核心中。纤芯为空气孔的光子晶体光纤, 会使输入的光波在周围材料的禁带效应的影响下沿中心孔传播, 这将大幅度地降低传输损耗, 使输出信息量成百倍地增加。而实芯的光子晶体光纤则具有丰富的非线性效应, 在超连续谱产生、光孤子产生和传输、光频率变换等方面有着重要的应用价值。

在不远的未来, 真正意义上的光子晶体器件将得以实现。光子晶体将作为真正的“光半导体”大规模地进入实用, 光子晶体“晶体管”、光子晶体逻辑电路将陆续出现;计算机技术是科学技术发展的重要推动力量, 现代科学技术的发展离开计算机是不可想象的。光子晶体驱动的光子计算机的出现, 以及光子晶体技术与研究中的量子计算机技术的结合, 将为科学技术的发展开辟更加广阔的空间。总之, 光子晶体将改变科学技术的发展进程。

2 自然光子晶体

光子晶体是作为一种人造物出现在人们的视野中的, 但是当人们对光子晶体的研究进一步深入之时, 却惊讶地发现, 大自然其实早已通晓光子晶体的奥秘, 并将其传授给了一些生物和非生物, 如有漂亮羽毛的鸟、披着闪光铠甲的鱼、海老鼠、彩光蝴蝶、花斑甲虫、蛋白石等等。生活在非洲中部刚果盆地的热带雨林中, 被称为天下第一怪客的蓝脸山魈, 曾使人们大惑不解:哺乳动物没有使皮肤呈蓝色的色素, 为什么山魈的面孔会是蓝色的呢?现在科学家已经揭开了这个秘密。山魈的皮肤之所以呈蓝色, 是其皮肤里蛋白质纤维有规律地排列形成的反射效果。这些粗细相同、距离相等、平行排列的蛋白质纤维只反射蓝光。山魈的面部皮肤也是一种光子晶体。自然界造化出的各种各样的光子晶体, 发挥着各自不同的神奇作用。在某些情况下自然光子晶体的性状还可以调节, 这是目前的人造光子晶体所不及的。

自然光子晶体以其独特的美丽装点着大自然, 同时它也将为仿生学增添新的内容。受自然界的非完全禁带光子晶体对白光的高效散射特性的启发, 需要增白的物品如涂料、纸张, 甚至化妆品中将出现光子晶体的身影;美丽鸟羽及彩光蝴蝶翅膀上的光子晶体的五彩斑斓的光影效果, 将会在衣饰用品、建筑材料中出现;彩光蝴蝶翅膀上的二维光子晶体的“热控”特性, 将启发人们制造出适用于沙漠、太空等极端环境的高效能调温设备。等这些将对社会的进步和人们的生活产生重要影响。

3 两种光子晶体的比较

人造光子晶体可以具有完全禁带, 即频率落在禁带中的光子, 在任何方向上都不能传输;而在自然界中已发现的都是非完全禁带光子晶体, 即频率落在禁带中的光子只在某些方向上不能传输。人造光子晶体的基本功能较单一, 自然光子晶体功能更多样。

自然界未能产生完全禁带光子晶体, 这使一些人感到遗憾, 认为这是大自然的一种局限;但我们认为, 这正是大自然的精巧之处, 是大自然的和谐与多样性的明确反映。

4 结语

光子晶体是科技发展史上具有划时代意义的成果, 它对科学技术的发展将产生深远影响;而自然光子晶体的发现, 则使我们对自然界的多彩多姿和无穷奥妙、无穷魅力, 以及我们对自然界的了解甚少更加感叹不已。对自然界的探索是无止境的, 而人类了解和利用自然界的老师就是自然界本身。

摘要：结合人造光子晶体和自然光子晶体的特性, 论述了人造光子晶体在科学技术领域的作用与意义, 同时论述了自然光子晶体在人类了解和利用自然界方面的作用与意义。

关键词：人造光子晶体,自然光子晶体,大自然

参考文献

[1]王启明.半导体物理效应与光电子高技术产业[J].物理, 2002.

[2]刘思敏, 陈晓虎, 汪大云等.光子晶体光纤和波导[J].物理, 2001.

光子晶体波导慢光技术 第2篇

光子晶体波导慢光技术

介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理,指出目前慢光传输的`主要测量手段及热点研究问题,对三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍.

作 者：掌蕴东 翁文 喻波 袁萍 ZHANG Yundong WENG Wen YU Bo YUAN Ping  作者单位：哈尔滨工业大学光电子技术研究所,可调谐激光技术国家级重点实验室,哈尔滨,150080 刊 名：激光与光电子学进展  ISTIC PKU英文刊名：LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS 年，卷(期)： 44(10) 分类号：O431 关键词：光子晶体   慢光   波导   光延迟线  

光子晶体THz器件的研究进展 第3篇

光子晶体THz器件的研究进展

近年来,随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz,THz)研究热,太赫兹科学技术的发展更为迅速.但是,对于THz的各种功能器件,利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难.90年代末,随着频率禁带处在THz波段的.光子晶体(Photonic crystal,PC)制作方法和技术的提高,基于光子晶体的THz器件应运而生.为此,就国际上在光子晶体THz滤波器,光子晶体THz波导,光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结,并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法.

作 者：亓丽梅 杨梓强 高喜 梁正 QI Li-mei YANG Zi-qiang GAO Xi LIANG Zheng  作者单位：电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054 刊 名：量子电子学报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS 年，卷(期)：2007 24(5) 分类号：O431.2 关键词：太赫兹   光子晶体   光子晶体THz器件