קריסטל פוטוני

גביש פוטוני הוא חומר מודרני המורכב לסירוגין מתאי יסוד בעלי מקדם שבירה גבוה ונמוך וממדים דומים לאורך הגל של האור מטווח ספקטרלי נתון. גבישים פוניים משמשים באופטואלקטרוניקה. ההנחה היא שהשימוש בגביש פוטוני יאפשר למשל. לשלוט בהתפשטות של גל אור ותיצור הזדמנויות ליצירת מעגלים משולבים פוטוניים ומערכות אופטיות, כמו גם רשתות תקשורת ברוחב פס עצום (בסדר גודל של Pbps).

ההשפעה של חומר זה על נתיב האור דומה להשפעה של סורג על תנועת האלקטרונים בגביש מוליכים למחצה. מכאן השם "גביש פוטוני". המבנה של גביש פוטוני מונע התפשטות גלי האור בתוכו בטווח מסוים של אורכי גל. ואז מה שנקרא פער הפוטונים. הרעיון של יצירת גבישים פוטוניים נוצר בו-זמנית בשנת 1987 בשני מרכזי מחקר בארה"ב.

אלי יבלונוביץ' ממחקר בל תקשורת בניו ג'רזי עבד על חומרים לטרנזיסטורים פוטוניים. זה היה אז שהוא טבע את המונח "פער פס פוטוניים". במקביל, סאג'יב ג'ון מאוניברסיטת פריסטון, תוך כדי עבודה לשיפור היעילות של הלייזרים המשמשים בטלקומוניקציה, גילה את אותו פער. בשנת 1991 קיבל אלי יבלונוביץ' את הגביש הפוטוני הראשון. בשנת 1997 פותחה שיטת המונים להשגת גבישים.

דוגמה של גביש פוטוני תלת מימדי המופיע באופן טבעי הוא אופל, דוגמה לשכבה הפוטונית של כנף של פרפר מהסוג Morpho. עם זאת, גבישים פוטוניים מיוצרים בדרך כלל באופן מלאכותי במעבדות מסיליקון, שהוא גם נקבובי. לפי המבנה שלהם, הם מחולקים לחד, דו ותלת מימדי. המבנה הפשוט ביותר הוא המבנה החד מימדי. גבישים פוטונים חד-ממדיים הם שכבות דיאלקטריות ידועות וארוכות בשימוש, המתאפיינות במקדם השתקפות התלוי באורך הגל של האור הנכנס. למעשה, מדובר במראה בראג, המורכבת משכבות רבות עם מדדי שבירה גבוהים ונמוכים לסירוגין. המראה של Bragg פועלת כמו מסנן Low Pass רגיל, חלק מהתדרים משתקפים בעוד שאחרים עוברים. אם אתה מגלגל את המראה של בראג לצינור, אתה מקבל מבנה דו מימדי.

דוגמאות של גבישים פוטוניים דו-ממדיים שנוצרו באופן מלאכותי הם סיבים אופטיים פוטוניים ושכבות פוטוניות, אשר, לאחר מספר שינויים, ניתן להשתמש בהם כדי לשנות את כיוון אות האור במרחקים קטנים בהרבה מאשר במערכות אופטיות משולבות קונבנציונליות. ישנן כיום שתי שיטות ליצירת מודלים של גבישים פוטוניים.

первый – PWM (שיטת גל מישור) מתייחסת למבנים חד ודו מימדיים ומורכבת בחישוב משוואות תיאורטיות, כולל משוואות בלוך, פאראדיי, מקסוול. שני השיטה למידול מבני סיבים אופטיים היא שיטת FDTD (Finite Difference Time Domain) המורכבת מפתרון משוואות מקסוול עם תלות זמן לשדה החשמלי ולשדה המגנטי. זה מאפשר לבצע ניסויים מספריים על התפשטות גלים אלקטרומגנטיים במבני גביש נתונים. בעתיד, זה אמור לאפשר להשיג מערכות פוטוניות בעלות ממדים דומים לאלו של מכשירים מיקרואלקטרוניים המשמשים לשליטה באור.

כמה יישומים של גביש פוטוני:

• מראות סלקטיביות של תהודה לייזר,
• לייזרים משוב מבוזרים,
• סיבים פוטוניים (סיבי גביש פוטוניים), חוטים ומישוריים,
• מוליכים למחצה פוטוניים, פיגמנטים לבנים במיוחד,
• נוריות עם יעילות מוגברת, מיקרו-מהודים, מטא-חומרים - חומרים שמאליים,
• בדיקת פס רחב של מכשירים פוטוניים,
• ספקטרוסקופיה, אינטרפרומטריה או טומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT) - באמצעות אפקט פאזה חזק.