光子晶体 - 光子晶体.ppt

光子晶体概论一、光子晶体简介二、光子晶体理论三、光子晶体应用四、光子晶体展望一、光子晶体简介?光子晶体( photonic crystal ) 是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料,其最根本的特征是具有光子禁带。光子晶体图示光子晶体简介光子晶体概念的产生: 众所周知,很多的研究都是起源于对自然界不同领域存在类似现象的假设开始的。因为宇宙万物遵循着相同的规律,即使外表再怎样的千变万化,而内在的规则却是有着高度一致性。科学家们在假设光子也可以具有类似于电子在普通晶体中传播的规律的基础上发展出来的晶体内部的原子是周期性有序排列的,这种周期势场的存在,使运动的电子受到周期势场的布拉格散射,从而形成能带结构,带与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果落在带隙中,就无法继续传播。光子晶体简介相似的,在光子晶体中是由光的折射率指数的周期性变化产生了光带隙结构,从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动。光子晶体概念的产生: 到 1987 年, E. Yablonovitch 及 S. Joh n不约而同地指出:在介电系数呈周期性排列的三维介电材料中,电磁波经介电函数散射后,某些波段的电磁波强度会因破坏性干涉而呈指数衰减,无法在系统内传递,相当于在频谱上形成能隙,于是色散关系也具有带状结构,此即所谓的光子能带结构(photonic band structures) 。具有光子能带结构的介电物质,就称为光能隙系统(photonic band-gap system ,简称 PBG 系统),或简称光子晶体(photonic crystals) 。光子晶体简介光子晶体简介自然界中的光子晶体: 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。自然界中的光子晶体盛产于澳洲的宝石蛋白石(opal) 。蛋白石是由二氧化硅纳米球(nano-sphere) 沉积形成的矿物,其色彩缤纷的外观与色素无关, 而是因为它几何结构上的周期性使它具有光子能带结构,随着能隙位置不同,反射光的颜色也跟着变化;换言之,是光能隙在玩变色把戏。在生物界中,也不乏光子晶体的踪影。以花间飞舞的蝴蝶为例,其翅膀上的斑斓色彩,其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构,选择性反射日光的结果. 翅膀鳞粉具有光子晶体结构的蝴蝶