Kryształ fotoniczny: Różnice pomiędzy wersjami

[[Plik:Opal Armband 800pix.jpg|mały|250px260px|Bransoletka z minerałem [[Opal (minerał)|opaluopal]]em, który posiadamającym naturalną strukturębudowę periodyczną, dzięki której występuje zjawisko [[iryzacja|iryzacji]]]]

'''Kryształ fotoniczny''' – optyczna nanostruktura o periodycznie zmieniającym się [[współczynnik załamania światła|współczynniku załamania światła]], która wpływa na ruch fotonów podobnie jak struktura krystaliczna [[półprzewodniki|półprzewodnika]] na ruch elektronów.

[[FazaCiało krystalicznakrystaliczne|Kryształy]] fotoniczne zwykle wytwarzane są w laboratoriach, ale występują również w przyrodzie (np. [[Opal (minerał)|opal]]). Koncepcja stworzenia kryształów fotonicznych powstała jednocześnie w [[1987]] w dwóch ośrodkach badawczych na terenie [[StanyStanów Zjednoczone|USA]]Zjednoczonych. Pierwszy – [[Eli Yablonovitch]] (Bell Communications Research w [[New Jersey]]) pracował nad materiałami dla [[tranzystor]]ów fotonicznych – sformułował pojęcie '''fotoniczna przerwa wzbroniona''' ([[język angielski|ang.]] ''photonic bandgap''). W tym samym czasie – [[Sajeev John]] (Priceton University) pracował nad zwiększeniem wydajności [[laser]]ów stosowanych w [[telekomunikacja|telekomunikacji]] – odkrył tę samą przerwę. W [[1991]] roku [[Eli Yablonovith]] uzyskał pierwszy kryształ fotoniczny. W [[1997]] roku opracowana została masowa metoda wytwarzania kryształów ([[Shanhui Fan]], [[John D. Joannopoulos]]).

Obecnie wytwarzane są struktury fotoniczne z przerwą fotoniczną dla [[długość fali|długości fal]] [[fala elektromagnetyczna|elektromagnetycznych]] z zakresu widzialnego (400–700 [[nanometr|nm]]). Przerwa fotoniczna występuje dla fal o długościach zbliżonych do okresu rozkładu współczynnika załamania – w przypadku fal widzialnych oznacza to, że na jeden okres rozkładu współczynnika załamania przypada ilość rzędu 1000 warstw atomowych. Występowanie fotonicznej [[przerwa wzbronionaenergetyczna|przerwy wzbronionejzabronionej]] jest analogiczne jak w przypadku [[półprzewodnik]]ówpółprzewodników ([[Równanierównanie Schrödingera]]). Kryształy fotoniczne wytwarzane są m.in. z [[krzem]]ukrzemu, również porowatego. Ze względu na budowę, kryształy fotoniczne dzieli się na jedno-, dwu- i trójwymiarowe. Najprostsza struktura to struktura jednowymiarowa. Jest to w istocie zwierciadło [[Williamrozproszony Lawrencereflektor BraggBragga|zwierciadło Bragga]] złożone z wielu warstw na przemian o dużym i małym współczynniku załamania światła. ZwierciadłoDziała Bragga działaono jak optyczny filtr pasmowy,: pewne częstotliwości są odbijane, a inne przepuszczane. Jeżeli ''zwiniemy''zwinie się [[zwierciadło Bragga]] w rurkę, topowstanie otrzymamy strukturęstruktura dwuwymiarowądwuwymiarowa.

Do modelowania pola elektromagnetycznego w kryształach fotonicznych stosuje się wiele metod znanych z innych dziedzin optyki czy elektrodynamiki. Wymienić tu można: metodę fal płaskich – PWM ([[język angielski|ang.]] ''Planeplane wave method''), metodę różnic skończonych w dziedzinie czasu FDTD (z ang. ''Finitefinite Differencedifference Timetime Domaindomain''), polegającą na numerycznym rozwiązywaniu równań Maxwella z zależnością czasową dla [[pole elektryczne|pola elektrycznego]] i [[pole magnetyczne|pola magnetycznego]], metodę momentów, wraz z jej licznymi odmianami, a także inne liczne metody półanalityczne i w pełni analityczne. Jak do tej pory, analityczne rozwiązanie równań Maxwella zostało znalezione tylko w najprostszym, jednowymiarowym krysztale fotonicznym.

* Zwierciadłazwierciadła selektywne rezonatorów laserowych,

* Laserylasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym,

* [[Światłowódświatłowód fotoniczny|Światłowody]]światłowody fotoniczne (''[[photonic crystal fiber]]''), włóknowe i planarne,

* [[Półprzewodnik]]ipółprzewodniki fotoniczne,

* Ultrabiałeultrabiałe [[Substancje barwiące|pigmenty]],

* [[Diodadioda elektroluminescencyjna|Diody]]diody elektroluminescencyjne]] o zwiększonej sprawności,

* [[Mikrorezonatormikrorezonator]]y,

* Metamateriały[[metamateriał]]y – materiały lewoskrętne,

* Szerokopasmoweszerokopasmowe testowanie urządzeń fotonicznych, spektroskopia, interferometria czy [[Optycznaoptyczna tomografia koherencyjna|koherentna tomografia optyczna (OCT)]] – wykorzystanie silnego efektu przesunięcia fazowego.

W Polsce prace nad wytwarzaniem i modelowaniem kryształów i światłowodów fotonicznych są prowadzone w UMCS wna [[LublinUniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej|Uniwersytecie Marii Curie-Skłodowskiej]]ie w Lublinie, na Politechnice Wrocławskiej<ref> http://www.wemif.pwr.wroc.pl/photonicsgroup/], [http://www.if.pwr.wroc.pl/instytut/labe/labe/labe.html]</ref>, Politechnice Łódzkiej w Instytucie Fizyki Politechniki Łódzkiej<ref>{{Cytuj | url=http://phys.p.lodz.pl | tytuł=Strona główna — Instytut Fizyki Politechniki ŁodzkiejŁódzkiej — studia Łódź<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=phys.p.lodz.pl | język=pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref>, na Politechnice Warszawskiej<ref>http://www.imio.pw.edu.pl/wwwzo</ref> oraz naw UW ZakładZakładzie Optyki Informacyjnej Uniwersytetu Warszawskiego<ref>{{Cytuj | url=http://zoi.fuw.edu.pl | tytuł=IGF Webmail :: Witamy w IGF Webmail<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=zoi.fuw.edu.pl | język=pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref> i w[[Instytut ITMETechnologii Materiałów Elektronicznych|Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych]] w Warszawie<ref>{{Cytuj | url=http://www.itme.edu.pl/ | tytuł=Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych<!-- Tytuł wygenerowany przez bota --> | opublikowany=www.itme.edu.pl | data dostępu=2017-11-24}}</ref>.