光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap,简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播,即这种结构本身存在“禁带”。
这一概念是在光学领域提出的,其研究范围已扩展到微波与声波波段。由于这种结构的周期尺寸与“禁带”的中心频率对应的波长可比拟,所以这种结构在微波波段比在光波波段更容易实现。
光子晶体基本原理
光子晶体的产生亦是如此,它是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。
从晶体结构图中,我们可以看出晶体内部的原子是周期性有序排列的,正是这种周期势场的存在,使得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。其实,不论是电磁波,还是其它波如光波等,只要受到周期性调制,都有能带结构,也都有可能出现带隙。而能量落在带隙中的波同样不能传播。
简言之,半导体中离子的周期性排列产生了能带结构,而能带又控制着载流子(半导体中的电子或者空穴)在半导体中的运动。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。




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