ФОТО́ННЫЙ КРИСТА́ЛЛ

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.