ФОТО́ННЫЙ КРИСТА́ЛЛ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ФОТО́ННЫЙ КРИСТА́ЛЛ, твердотельная среда с периодич. структурой, период изменения диэлектрич. проницаемости ε которой сравним с длиной волны оптич. излучения. Вследствие такого периодич. изменения ε (а следовательно, и показателя преломления n) в Ф. к. существуют разрешённые и запрещённые зоны для энергий фотонов, аналогично полупроводникам, в которых существуют разрешённые и запрещённые зоны для энергий носителей зарядов. Законы распространения оптич. излучения в Ф. к., как и рентгеновского излучения в обычных кристаллах, определяются брэгговской дифракцией волн в периодич. среде. Однако Ф. к. позволяют значительно более эффективно управлять световым потоком и параметрами излучения благодаря большому изменению показателя преломления (Δn≈0,01–1) и нелинейному взаимодействию интенсивного лазерного излучения с веществом. В фотонных запрещённых зонах (ФЗЗ) распространение волн в определённом диапазоне частот невозможно во всех направлениях. Вблизи ФЗЗ можно управлять временем спонтанного распада возбуждённых квантовых осцилляторов – замедлять спонтанный распад внутри ФЗЗ и ускорять на краю зоны. Благодаря большой решёточно-индуцированной дисперсии в Ф. к. наблюдается 100-кратное уменьшение групповой скорости распространения оптич. импульсов (медленный свет), коллимация и фокусировка световых пучков, деление фемтосекундных лазерных импульсов при дифракции по схеме Лауэ (см. Лауэ метод), полностью оптич. переключение пучков при динамич. дифракции и др. линейные оптич. явления. В Ф. к. наблюдаются также и нелинейные оптич. эффекты: синхронная и квазисинхронная генерация оптич. гармоник, распространение нелинейных уединённых волн в запрещённой фотонной зоне (медленные брэгговские щелевые солитоны).
В природе структуру Ф. к. имеют опалы, биополимерные материалы на крыльях бабочек и в хитиновом покрове некоторых жуков, благодаря которым насекомые приобретают яркую окраску.
Для получения Ф. к. с большим изменением показателя преломления применяют: электрохимич. или ионно-лучевое травление; голографич. оптич. литографию; прямое прописывание структуры сфокусированным лазерным лучом в фотополимерных материалах. Трёхмерный Ф. к. может формироваться самопроизвольно в коллоидном растворе по мере осаждения коллоидных частиц друг на друга.
Двумерные Ф. к. используются в оптич. волокнах для улучшения их дисперсионных свойств, для нелинейной генерации излучения со сверхшироким спектром (суперконтинуум). Линейные дефекты в планарных Ф. к. являются эффективными волноводами в элементах интегральных оптич. схем.