kristal fotonik

Kristal fotonik adalah bahan modern yang terdiri dari sel-sel dasar secara bergantian dengan indeks bias tinggi dan rendah dan dimensi yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya dari rentang spektral tertentu. Kristal phonic digunakan dalam optoelektronika. Diasumsikan bahwa penggunaan kristal fotonik akan memungkinkan, misalnya. untuk mengontrol perambatan gelombang cahaya dan akan menciptakan peluang untuk penciptaan sirkuit terpadu fotonik dan sistem optik, serta jaringan telekomunikasi dengan bandwidth besar (orde Pbps).

Efek bahan ini pada jalur cahaya mirip dengan efek kisi pada pergerakan elektron dalam kristal semikonduktor. Oleh karena itu nama "kristal fotonik". Struktur kristal fotonik mencegah perambatan gelombang cahaya di dalamnya dalam rentang panjang gelombang tertentu. Kemudian apa yang disebut celah foton. Konsep menciptakan kristal fotonik diciptakan secara bersamaan pada tahun 1987 di dua pusat penelitian AS.

Eli Jablonovich dari Bell Communications Research di New Jersey mengerjakan bahan untuk transistor fotonik. Saat itulah ia menciptakan istilah "celah pita fotonik". Pada saat yang sama, Sajiv John dari Universitas Prieston, saat bekerja untuk meningkatkan efisiensi laser yang digunakan dalam telekomunikasi, menemukan celah yang sama. Pada tahun 1991, Eli Yablonovich menerima kristal fotonik pertama. Pada tahun 1997, metode massa untuk mendapatkan kristal dikembangkan.

Contoh kristal fotonik tiga dimensi yang terbentuk secara alami adalah opal, contoh lapisan fotonik sayap kupu-kupu dari genus Morpho. Namun, kristal fotonik biasanya dibuat secara artifisial di laboratorium dari silikon, yang juga berpori. Menurut strukturnya, mereka dibagi menjadi satu, dua, dan tiga dimensi. Struktur paling sederhana adalah struktur satu dimensi. Kristal fotonik satu dimensi adalah lapisan dielektrik yang terkenal dan telah lama digunakan, yang dicirikan oleh koefisien refleksi yang bergantung pada panjang gelombang cahaya yang datang. Sebenarnya, ini adalah cermin Bragg, terdiri dari banyak lapisan dengan indeks bias tinggi dan rendah bergantian. Cermin Bragg bekerja seperti filter low-pass biasa, beberapa frekuensi dipantulkan sementara yang lain dilewatkan. Jika Anda menggulung cermin Bragg ke dalam tabung, Anda mendapatkan struktur dua dimensi.

Contoh kristal fotonik dua dimensi yang dibuat secara artifisial adalah serat optik fotonik dan lapisan fotonik, yang, setelah beberapa modifikasi, dapat digunakan untuk mengubah arah sinyal cahaya pada jarak yang jauh lebih kecil daripada sistem optik terintegrasi konvensional. Saat ini ada dua metode untuk memodelkan kristal fotonik.

первый – PWM (metode gelombang bidang) mengacu pada struktur satu dan dua dimensi dan terdiri dari perhitungan persamaan teoretis, termasuk persamaan Bloch, Faraday, Maxwell. Kedua Metode untuk memodelkan struktur serat optik adalah metode FDTD (Finite Difference Time Domain), yang terdiri dari penyelesaian persamaan Maxwell dengan ketergantungan waktu untuk medan listrik dan medan magnet. Hal ini memungkinkan untuk melakukan eksperimen numerik pada perambatan gelombang elektromagnetik dalam struktur kristal tertentu. Di masa depan, ini akan memungkinkan untuk memperoleh sistem fotonik dengan dimensi yang sebanding dengan perangkat mikroelektronika yang digunakan untuk mengontrol cahaya.

Beberapa aplikasi kristal fotonik:

• Cermin selektif resonator laser,
• laser umpan balik terdistribusi,
• Serat fotonik (photonic crystal fiber), filamen dan planar,
• Semikonduktor fotonik, pigmen ultra-putih,
• LED dengan peningkatan efisiensi, Mikroresonator, Metamaterial - bahan sisa,
• Pengujian broadband perangkat fotonik,
• spektroskopi, interferometri atau optical coherence tomography (OCT) - menggunakan efek fase yang kuat.