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第十章 第十章 光子晶体与光子芯片 光子晶体与光子芯片 提要 提要 一、光子晶体的内涵 一、光子晶体的内涵 二、光子晶体的分类与制备 二、光子晶体的分类与制备 三、光子晶体的物理属性与功能应用 三、光子晶体的物理属性与功能应用 四、光子晶体的基础研究与发展前景 四、光子晶体的基础研究与发展前景 五、结论 五、结论 2005-4-5 2 光子晶体的发展过程 光子晶体的发展过程 光子晶体于1987年由E. Yablonovitch提出。 光子晶体于1987年由E. Yablonovitch提出。 在此之前人们已经应用了光子晶体：布拉格光栅。 在此之前人们已经应用了光子晶体：布拉格光栅。 布拉格光栅属于一维光子晶体。 布拉格光栅属于一维光子晶体。 在DFB激光器中使用了布拉格光栅，并且利用了光 在DFB激光器中使用了布拉格光栅，并且利用了光 子晶体的缺陷态。DFB激光器中的λ/4相移实际为 子晶体的缺陷态。DFB激光器中的λ/4相移实际为 一个一维光子晶体中的面缺陷。 一个一维光子晶体中的面缺陷。 1991 年制造出第一个人造三维光子晶体—— 1991 年制造出第一个人造三维光子晶体—— Yablonovite型光子晶体。 Yablonovite型光子晶体。 光子晶体光纤是典型的二维光子晶体，最早由ST. J. 光子晶体光纤是典型的二维光子晶体，最早由ST. J. Russell 等人于1992年提出。1998年报道了第一个真 Russell 等人于1992年提出。1998年报道了第一个真 正利用光子禁带（PBG)导光的光子晶体光纤。 正利用光子禁带（PBG)导光的光子晶体光纤。 V. Berger于1998年提出非线性光子晶体。 V. Berger于1998年提出非线性光子晶体。 2005-4-5 3 光子晶体的内涵 光子晶体的内涵 自然界中的光子晶体 自然界中的光子晶体 蛋白石是天然界的光子晶体 蝴蝶翅膀鳞片具有光子晶体结构 蛋白石是天然界的光子晶体 蝴蝶翅膀鳞片具有光子晶体结构 澳大利亚盛产的蛋白石具有光子晶体结构，它是有二氧化 澳大利亚盛产的蛋白石具有光子晶体结构，它是有二氧化 硅纳米球堆积而成，它的色彩与色素无关，而是由于具有 硅纳米球堆积而成，它的色彩与色素无关，而是由于具有 不同带隙的光子晶体结构，反射不同颜色的光。 不同带隙的光子晶体结构，反射不同颜色的光。 蝴蝶翅膀的鳞片也是光子晶体结构，它的色彩与选择反射 蝴蝶翅膀的鳞片也是光子晶体结构，它的色彩与选择反射 光有关。 光有关。 2005-4-5 4 什么是光子晶体 什么是光子晶体 光子晶体是折射率在空间周期性变化，存在一定 光子晶体是折射率在空间周期性变化，存在一定 光学能带间隙的介质结构。 光学能带间隙的介质结构。 特点： 特点： 具有一定的光学禁带，对于某些波长是不能透 具有一定的光学禁带，对于某些波长是不能透 射过光子晶体的。 射过光子晶体的。 折射率在空间排列的周期是波长量级。 折射率在