フォトニッククリスタル

フォトニック結晶は、高屈折率と低屈折率、および特定のスペクトル範囲の光の波長に匹敵するサイズを備えた基本セルで交互に構成される最新の材料です。フォニック結晶はオプトエレクトロニクスで使用されます。例えば、フォトニック結晶を使用すると可能になると考えられる。光波の伝播を制御し、フォトニック集積回路や光学システム、さらには膨大なスループット (Pbit/s 程度) を備えた電気通信ネットワークの構築の機会を創出します。

光の経路に対するこの材料の影響は、半導体結晶内の電子の動きに対する格子の影響と似ています。したがって、「フォトニック結晶」と呼ばれます。フォトニック結晶の構造により、その内部の特定の波長範囲内の光波の伝播が妨げられます。次に、いわゆるフォトンギャップがあります。フォトニック結晶を作成するという概念は、1987 年に米国の XNUMX つの研究センターで同時に作成されました。

ニュージャージー州のベル・コミュニケーションズ・リサーチ社のイーライ・ヤブロノビッチ氏は、フォトニック・トランジスタ用の材料の研究に取り組んでいる。彼が「フォトニックバンドギャップ」という用語を生み出したのはこの時でした。同時に、プライストン大学のサジーブ・ジョンは、電気通信で使用されるレーザーの効率向上に取り組んでおり、まさにこのギャップを発見しました。 1991 年、イーライヤブロノビッチは最初のフォトニック結晶を取得しました。 1997 年に、結晶を取得するための質量法が開発されました。

天然に存在する三次元フォトニック結晶の例は、モルフォ属の蝶の羽のフォトニック層の例であるオパールです。ただし、フォトニック結晶は通常、多孔質であるシリコンから研究室で人工的に作成されます。その構造により、一次元、二次元、三次元に分けられます。最も単純な構造は XNUMX 次元構造です。一次元フォトニック結晶はよく知られており、入射光の波長に依存する反射率を示す長年使用されている誘電体層です。実際、これは高屈折率と低屈折率が交互に現れる多くの層で構成されるブラッグミラーです。ブラッグミラーは通常のローパスフィルターのように機能し、一部の周波数を反射し、他の周波数を通過させます。ブラッグミラーを筒状に丸めると、二次元構造が得られます。

人工的に作成された XNUMX 次元フォトニック結晶の例としては、フォトニック光ファイバーやフォトニック層が挙げられます。これらは、いくつかの修正を経て、従来の集積光学システムよりもはるかに短い距離にわたって光信号の方向を変えるために使用できます。現在、フォトニック結晶をモデル化するには XNUMX つの方法があります。

最初の – PWM (平面波法) は、XNUMX 次元および XNUMX 次元の構造を指し、ブロッホ、ファラデー、マクスウェルの方程式を含む理論方程式の計算で構成されます。 2番目の光ファイバー構造をモデル化する方法は、電界と磁界の時間依存性をもつマクスウェル方程式を解くことからなる FDTD (有限差分時間領域) 法です。これにより、与えられた結晶構造における電磁波の伝播に関する数値実験を行うことが可能になります。将来的には、これにより、光の制御に使用されるマイクロ電子デバイスと同等の寸法を有するフォトニックシステムを得ることが可能になるはずである。

フォトニック結晶のいくつかのアプリケーション: