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控制光子流动的晶体：光子晶体,简介,光子晶体（PBG）即光子禁带材料，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波-当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。光子晶体的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。,自然界的光子晶体,光子晶体虽然是个新名词，但自然界中早已存在拥有这种性质的物质，盛产于澳洲的宝石蛋白石即为一例。,在生物界中，也不乏光子晶体的踪影。以蝴蝶为例， 其翅膀上的斑斓色彩，其实是鱗粉上排列整齐的次微米结构，选择性反射日光的结果,光子晶体的分类,按照光子晶体的光子禁带在空间中所存在的维数，可以将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。如下图所示：,光子晶体制备方法,困难：制备足够小的周期性结构。,精密机械加工法 精密机械加工法精密机械加工法是早期研究光子晶体过程中发展起来的方法,通过在基体材料上机械钻孔,利用空气介质与基体材料的折光指数差来获得光子晶体。但这种方法只能加工微波波段的光子晶体,要制备折射光从近红外到可见光波段的光子晶体必须寻求其它方法。,半导体微纳米制造法 由一维等距排列的棒逐层叠加而成，层与层间棒取向是垂直的，次相邻层的棒相对于第一层均平移了1/2棒间距，以四层为一个重复单元，构成面心四方结构。d为每一层中棒的间距，w表示棒宽度，c表示一个重复单元的尺寸。,胶体晶体自主装法 胶体的自组装过程可发生于重力场、离心场和电场中,也可利用模板法和颗粒连续对流方法进行。,反蛋白结构法 以胶体自组装法生长出的密堆积的胶体晶体为模板，向球形胶体颗粒的间隙填充高介电常数的材料，然后通过焙烧、化学腐蚀等方法将模板除去，得到三维周期性的反蛋白石结构，其典型结构是空气小球以面心立方的形式分布于高介电系数的介质中。如果基底为高介电系数材料的空气孔面心立方结构，在第八个和第九个光子能带间将会产生空隙。,光子晶体的应用,微波天线 高效率低反射透镜 微波谐振腔 高效率发光二极管和低阈值激光震荡 宽带带阻滤波器和极窄带滤波器 非线性光子器件和光子存储器,未来展望,探求光子晶体的新物理
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