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《光子晶體及其應(yīng)用.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、光子晶體一、光子晶體簡(jiǎn)介二、光子晶體理論三、光子晶體應(yīng)用四、光子晶體展望人類材料史利用自然材料石器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代...材料改性青銅、陶瓷、水泥…更深層次電學(xué)特性：金屬、半導(dǎo)體…磁學(xué)特性光學(xué)性質(zhì)光子比電子的優(yōu)點(diǎn)傳播速度更快攜帶更大信息更大的帶寬電子系統(tǒng)：105Hz光纖系統(tǒng):1015Hz無(wú)光子-光子相互作用更小的能量損耗全光通訊二十一世紀(jì)：internetera光纖電子器件全光器件能否控制光子的流動(dòng)？一、光子晶體簡(jiǎn)介光子晶體（photoniccrystal）是一種介電常數(shù)隨空間周期性變化的新型光學(xué)微結(jié)構(gòu)材料，其最根本的特征是具有光子禁帶。Whatisp
2、hotoniccrystal?周期排列的人工微結(jié)構(gòu)材料光子晶體圖示構(gòu)成材料:半導(dǎo)體、絕緣體、金屬材料等單元尺寸:毫米、微米、亞微米《科學(xué)》1998Bestbets衰老、對(duì)付生化武器、光子晶體、吸熱池、哮喘治療、全球氣候走向光子晶體概念的產(chǎn)生：到1987年，E.Yablonovitch及S.John不約而同地指出：在介電系數(shù)呈周期性排列的三維介電材料中，電磁波經(jīng)介電函數(shù)散射后，某些波段的電磁波強(qiáng)度會(huì)因破壞性干涉而呈指數(shù)衰減，無(wú)法在系統(tǒng)內(nèi)傳遞，相當(dāng)于在頻譜上形成能隙，于是色散關(guān)系也具有帶狀結(jié)構(gòu)，此即所謂的光子能帶結(jié)構(gòu)(photonicbandstructures
3、)。具有光子能帶結(jié)構(gòu)的介電物質(zhì)，就稱為光能隙系統(tǒng)(photonicband-gapsystem，簡(jiǎn)稱PBG系統(tǒng))，或簡(jiǎn)稱光子晶體(photoniccrystals)。光子晶體簡(jiǎn)介光子和電子都是波粒二象性的光子先認(rèn)識(shí)波動(dòng)性后認(rèn)識(shí)粒子性描寫(xiě)麥克斯韋方程電子先認(rèn)識(shí)粒子性后認(rèn)識(shí)波動(dòng)性描寫(xiě)薛定諤方程薛定諤方程的解依賴于作用勢(shì)無(wú)作用勢(shì)→平面波函數(shù)→能級(jí)連續(xù)庫(kù)倫勢(shì)→氫原子波函數(shù)→能級(jí)分立固體中周期勢(shì)→布洛赫波函數(shù)→能帶麥克斯韋方程的解依賴于傳播介質(zhì)無(wú)限自由空間→平面波→頻率連續(xù)波導(dǎo)管→TE/TM型波→截止頻率介電常數(shù)周期結(jié)構(gòu)→？→能帶？光子電子服從方程麥克斯韋（Maxwe
4、ll）方程薛定諤方程對(duì)應(yīng)波矢量波標(biāo)量波自旋自旋為1的玻色子自旋為1/2的費(fèi)米子相互作用沒(méi)有很強(qiáng)固體物理中的許多其它概念也可以用在光子晶體中，不過(guò)需要指出的是光子晶體與常規(guī)的晶體雖然有相同的地方，也有本質(zhì)的不同，如右圖性質(zhì)電子晶體光子晶體聲子晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶體(自然或生長(zhǎng)的)由兩種(或以上)介電材料構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)由兩種(或以上)彈性材料構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)象電子的輸運(yùn)行為費(fèi)米子電磁波的傳播玻色子機(jī)械波的傳播玻色子參量普適常數(shù)原子數(shù)各組元的介電常數(shù)各組元的質(zhì)量密度，聲波波度晶格常數(shù)1-5?1?m-1cm1mm-1m尺度原子尺度電磁波波長(zhǎng)聲波波長(zhǎng)波德布羅意波(電子
5、)電磁波(光子)機(jī)械波(聲波)偏振自旋?，?橫波橫波與縱波的耦合波動(dòng)方程薛定諤方程麥克斯韋方程彈性波波動(dòng)方程特征電子禁帶，缺陷態(tài)，表面態(tài)光子禁帶，局域模式，表面態(tài)聲子禁帶，局域模式，表面態(tài)光子晶體簡(jiǎn)介自然界中的光子晶體：光子晶體雖然是個(gè)新名詞，但自然界中早已存在擁有這種性質(zhì)的物質(zhì)。盛產(chǎn)于澳洲的寶石蛋白石(opal)。蛋白石是由二氧化硅納米球(nano-sphere)沉積形成的礦物，其色彩繽紛的外觀與色素?zé)o關(guān)，而是因?yàn)樗鼛缀谓Y(jié)構(gòu)上的周期性使它具有光子能帶結(jié)構(gòu)，隨著能隙位置不同，反射光的顏色也跟著變化；換言之，是光能隙在玩變色把戲。在生物界中，也不乏光子晶體的蹤
6、影。以花間飛舞的蝴蝶為例，其翅膀上的斑斕色彩，其實(shí)是鱗粉上排列整齊的次微米結(jié)構(gòu)，選擇性反射日光的結(jié)果.翅膀鱗粉具有光子晶體結(jié)構(gòu)的蝴蝶bluegreenyellowbrown2003年ANDREWR.PARKER等發(fā)現(xiàn)一種澳洲昆士蘭的東北部森林的甲蟲(chóng)（Pachyrhynchusargus），它的外殼分布有和蛋白石一樣的光子晶體結(jié)構(gòu)類似物，其具有從任何方向都可見(jiàn)的金屬色澤。這種棲息于大陸棚上﹐有著刺毛的低等海生無(wú)脊椎動(dòng)物`海毛蟲(chóng)(seamouse)`具有引人矚目的虹彩。此種海毛蟲(chóng)的刺毛是由為數(shù)眾多之六角圓柱體層層疊積形成的結(jié)晶狀構(gòu)造物,其具有與光子晶體光纖(ph
7、otoniccrystalfiber)--一樣的物理屬性。這種刺毛亦能捕捉光線且僅反射某些波長(zhǎng)的色光﹐而發(fā)出鮮明色彩第一個(gè)功敗垂成的三維光子晶體遺憾的是，理論學(xué)家稍后指出，上述系統(tǒng)因?qū)ΨQ性(symmetry)之故，在W和U兩個(gè)方向上并非真正沒(méi)有能態(tài)存在，只是該頻率范圍內(nèi)的能態(tài)數(shù)目相對(duì)較少，因此只具有虛能隙(pseudogap)1989年，Yablonovitch及Gmitter首次嘗試在實(shí)驗(yàn)上證明三維光子能帶結(jié)構(gòu)的存在。實(shí)驗(yàn)中采用的周期性介電系統(tǒng)是Al2O3塊材中，按照面心立方(face-centeredcubic,fcc)的排列方式鉆了將近八千個(gè)球狀空洞，
8、如此形成一個(gè)人造的巨觀晶體。三氧化二鋁和空氣的介電常
