គម្លាតក្រុមនៃគ្រីស្តាល់ photonic មួយវិមាត្រ។ គ្រីស្តាល់ Photonic សម្រាប់អត់ចេះសោះ

គ្រីស្តាល់ photonic អាចត្រូវបានបែងចែកជាបីថ្នាក់សំខាន់ៗយោងទៅតាមលក្ខណៈនៃការផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ៖

1. វិមាត្រមួយ ដែលក្នុងនោះសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្លាស់ប្តូរជាទៀងទាត់ក្នុងទិសដៅលំហមួយដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 ។ ក្នុងតួលេខនេះ និមិត្តសញ្ញា L បង្ហាញពីរយៈពេលនៃការផ្លាស់ប្តូរសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ ហើយនិងជាសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរនៃវត្ថុធាតុពីរ ( ប៉ុន្តែក្នុងករណីទូទៅ សម្ភារៈមួយចំនួនអាចមានវត្តមាន)។ គ្រីស្តាល់ photonic បែបនេះមានស្រទាប់នៃវត្ថុធាតុផ្សេងគ្នាស្របគ្នាជាមួយនឹងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្សេងគ្នា ហើយអាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់វាក្នុងទិសដៅលំហតែមួយ កាត់កែងទៅនឹងស្រទាប់។

រូបភាពទី 1 - តំណាងគ្រោងការណ៍នៃគ្រីស្តាល់ photonic មួយវិមាត្រ

2. វិមាត្រពីរ ដែលសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរប្រែប្រួលតាមកាលកំណត់ក្នុងទិសដៅលំហពីរដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 ។ ក្នុងតួលេខនេះ គ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយតំបន់ចតុកោណជាមួយនឹងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ ដែលមានទីតាំងនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ . ក្នុងករណីនេះ តំបន់ដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរត្រូវបានតម្រៀបក្នុងបន្ទះឈើពីរវិមាត្រ។ គ្រីស្តាល់ photonic បែបនេះអាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់វាក្នុងទិសដៅលំហពីរ ហើយរូបរាងនៃតំបន់ដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរមិនត្រូវបានកំណត់ចំពោះចតុកោណកែងដូចក្នុងរូបនោះទេ ប៉ុន្តែអាចជារាងណាមួយ (រង្វង់ រាងពងក្រពើ តាមអំពើចិត្ត។ល។)។ បន្ទះឈើគ្រីស្តាល់ដែលតំបន់ទាំងនេះត្រូវបានបញ្ជាទិញក៏អាចខុសគ្នាដែរ ហើយមិនត្រឹមតែគូបដូចក្នុងរូបខាងលើនោះទេ។

រូបភាព - 2 តំណាងគ្រោងការណ៍នៃគ្រីស្តាល់ photonic ពីរវិមាត្រ

3. បីវិមាត្រ ដែលក្នុងនោះសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរប្រែប្រួលតាមកាលកំណត់ក្នុងទិសដៅលំហបី។ គ្រីស្តាល់ photonic បែបនេះអាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ពួកគេក្នុងទិសដៅលំហបី ហើយពួកវាអាចត្រូវបានតំណាងជាអារេនៃតំបន់បរិមាណ (ស្វ៊ែរ គូប។ល។) ដែលបញ្ជាក្នុងបន្ទះគ្រីស្តាល់បីវិមាត្រ។

វាក៏មានគ្រីស្តាល់ photonic ដែលមានលក្ខណៈ resonant និង non-resonant ផងដែរ។ គ្រីស្តាល់ photonic មានប្រតិកម្មខុសពីគ្រីស្តាល់ដែលមិនមានប្រតិកម្មត្រង់ថាពួកគេប្រើសម្ភារៈដែល dielectric ថេរ (ឬសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ) ជាមុខងារនៃប្រេកង់មានបង្គោលនៅប្រេកង់ resonant មួយចំនួន។

ដូចជាប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយអគ្គិសនី អាស្រ័យលើទទឹងនៃតំបន់ហាមឃាត់ និងអនុញ្ញាត គ្រីស្តាល់ photonic អាចត្រូវបានបែងចែកទៅជា conductors - សមត្ថភាពក្នុងការដឹកនាំពន្លឺក្នុងចម្ងាយឆ្ងាយជាមួយនឹងការខាតបង់ទាប dielectrics - កញ្ចក់ល្អបំផុតស្ទើរតែ semiconductors - សារធាតុដែលមានសមត្ថភាពឧទាហរណ៍នៃការជ្រើសរើស។ ឆ្លុះបញ្ចាំងពី photons នៃរលកពន្លឺជាក់លាក់មួយ និង superconductors ដែលក្នុងនោះ ដោយសារបាតុភូតសមូហភាព ហ្វូតុនអាចផ្សព្វផ្សាយបានលើចម្ងាយស្ទើរតែគ្មានដែនកំណត់។ វាក៏មានគ្រីស្តាល់ photonic ដែលមានលក្ខណៈ resonant និង non-resonant ផងដែរ។ គ្រីស្តាល់ photonic មានប្រតិកម្មខុសពីគ្រីស្តាល់ដែលមិនមានប្រតិកម្មត្រង់ថាពួកគេប្រើសម្ភារៈដែល dielectric ថេរ (ឬសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ) ជាមុខងារនៃប្រេកង់មានបង្គោលនៅប្រេកង់ resonant មួយចំនួន។

ភាពមិនដូចគ្នាណាមួយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានគេហៅថា ពិការភាពគ្រីស្តាល់ photonic ។ វាលអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកត្រូវបានប្រមូលផ្តុំជាញឹកញាប់នៅក្នុងតំបន់បែបនេះដែលត្រូវបានប្រើនៅក្នុងមីក្រូវ៉េវនិងឧបករណ៍រលកដែលត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើមូលដ្ឋាននៃគ្រីស្តាល់ photonic ។ មានភាពស្រដៀងគ្នាមួយចំនួននៅពេលពិពណ៌នាអំពីការសាយភាយនៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic និងលក្ខណៈសម្បត្តិអេឡិចត្រូនិចនៃគ្រីស្តាល់។ ចូរយើងរាយបញ្ជីពួកគេខ្លះ។

1. ស្ថានភាពនៃអេឡិចត្រុងនៅខាងក្នុងគ្រីស្តាល់ (ច្បាប់នៃចលនា) ត្រូវបានផ្តល់ដោយការដោះស្រាយសមីការ Schrldinger ការសាយភាយនៃពន្លឺនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic គោរពតាមសមីការរលក ដែលជាផលវិបាកនៃសមីការរបស់ Maxwell៖

2. ស្ថានភាពនៃអេឡិចត្រុងត្រូវបានពិពណ៌នាដោយមុខងាររលកមាត្រដ្ឋាន w(r,t) ស្ថានភាពនៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចត្រូវបានពិពណ៌នាដោយវាលវ៉ិចទ័រ - កម្លាំងនៃសមាសធាតុម៉ាញេទិក ឬអគ្គិសនី H (r, t) ឬ E (r, t) ។
3. មុខងាររលកអេឡិចត្រុង w(r,t) អាចត្រូវបានពង្រីកទៅជាស៊េរីនៃ eigenstates wE(r) ដែលនីមួយៗមានថាមពលរបស់វា E. កម្លាំងវាលអេឡិចត្រូ H(r,t) អាចត្រូវបានតំណាងដោយ superposition នៃសមាសធាតុ monochromatic (របៀប) វាលអេឡិចត្រូ Hsh(r) ដែលនីមួយៗត្រូវគ្នាទៅនឹងតម្លៃរបស់វាផ្ទាល់ - ប្រេកង់របៀប u:

4. សក្ដានុពលអាតូមិច U(r) និង dielectric ថេរ e(r) ដែលលេចឡើងក្នុងសមីការ Schrldinger និង Maxwell គឺជាមុខងារតាមកាលកំណត់ដែលមានរយៈពេលស្មើនឹងវ៉ិចទ័រ R នៃបន្ទះគ្រីស្តាល់ និងគ្រីស្តាល់ photonic រៀងគ្នា៖

U(r) = U(r + R), (3)

5. សម្រាប់មុខងាររលកអេឡិចត្រុង និងកម្លាំងនៃដែនអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច ទ្រឹស្តីបទរបស់ Bloch ពេញចិត្តនឹងមុខងារតាមកាលកំណត់ u k និង យូ k

6. តម្លៃដែលអាចធ្វើបាននៃវ៉ិចទ័ររលក k បំពេញតំបន់ Brillouin នៃបន្ទះឈើគ្រីស្តាល់ ឬកោសិកាឯកតានៃគ្រីស្តាល់ photonic ដែលកំណត់ក្នុងចន្លោះនៃវ៉ិចទ័របញ្ច្រាស។
7. ថាមពលអេឡិចត្រុង E ដែលជាតម្លៃ eigenvalue នៃសមីការ Schrldinger និង eigenvalue នៃសមីការរលក (ផលវិបាកនៃសមីការ Maxwell) - ប្រេកង់របៀប u - គឺទាក់ទងទៅនឹងតម្លៃនៃវ៉ិចទ័ររលក k នៃ Bloch មុខងារ (4) ដោយច្បាប់បំបែក E(k) និង u(k) ។
8. អាតូមមិនបរិសុទ្ធដែលបំពានលើការបកប្រែស៊ីមេទ្រីនៃសក្ដានុពលអាតូមគឺជាពិការភាពគ្រីស្តាល់ ហើយអាចបង្កើតស្ថានភាពអេឡិចត្រូនិចដែលមិនបរិសុទ្ធដែលធ្វើមូលដ្ឋានីយកម្មនៅក្នុងតំបន់ជុំវិញនៃពិការភាពនេះ។ ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងថេរ dielectric នៅក្នុងតំបន់ជាក់លាក់មួយនៃគ្រីស្តាល់ photonic បំបែកស៊ីមេទ្រីបកប្រែ e(r) និងនាំឱ្យមានរូបរាងនៃរបៀបអនុញ្ញាតនៅខាងក្នុងគម្លាតក្រុម photonic បានធ្វើមូលដ្ឋានីយកម្មនៅក្នុងតំបន់ជុំវិញរបស់វា។

) — សម្ភារៈដែលរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វាត្រូវបានកំណត់ដោយការផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់នៅក្នុងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរក្នុងទិសដៅ 1, 2 ឬ 3 ។

ការពិពណ៌នា

លក្ខណៈពិសេសប្លែកនៃគ្រីស្តាល់ photonic (PCs) គឺវត្តមាននៃការផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់នៅក្នុងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ។ អាស្រ័យលើចំនួននៃទិសដៅលំហរដែលសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្លាស់ប្តូរជាទៀងទាត់ គ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានគេហៅថាមួយវិមាត្រ ពីរវិមាត្រ និងបីវិមាត្រ ឬអក្សរកាត់ 1D PC, 2D PC និង 3D PC (D - ពីវិមាត្រភាសាអង់គ្លេស) រៀងគ្នា។ . តាមធម្មតា រចនាសម្ព័ន្ធរបស់ 2D FC និង 3D FC ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូប។

លក្ខណៈពិសេសគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍បំផុតនៃគ្រីស្តាល់ photonic គឺអត្ថិភាពនៅក្នុង 3D នៃគ្រីស្តាល់ photonic ជាមួយនឹងកម្រិតពណ៌ដ៏ធំគ្រប់គ្រាន់នៅក្នុងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរនៃសមាសធាតុនៃតំបន់វិសាលគមមួយចំនួន ដែលហៅថា គម្លាតនៃក្រុម photonic សរុប (PBGs): អត្ថិភាពនៃវិទ្យុសកម្មជាមួយនឹងថាមពល photon ដែលជាកម្មសិទ្ធិរបស់ PBG នៅក្នុងគ្រីស្តាល់បែបនេះគឺមិនអាចទៅរួចទេ។ ជាពិសេស វិទ្យុសកម្ម វិសាលគមដែលជាកម្មសិទ្ធិរបស់ PBG មិនជ្រាបចូលទៅក្នុង FC ពីខាងក្រៅ មិនអាចមាននៅក្នុងវា ហើយត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងទាំងស្រុងពីព្រំដែន។ ការហាមឃាត់នេះត្រូវបានបំពានតែក្នុងករណីមានពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធ ឬនៅពេលដែលទំហំកុំព្យូទ័រមានកម្រិត។ ក្នុងករណីនេះ ពិការភាពលីនេអ៊ែរដែលបានបង្កើតដោយចេតនាគឺមានការខាតបង់ផ្នែកពត់កោងទាប (រហូតដល់មីក្រូរ៉ាឌីនៃកោង) ចំណុចខ្វះខាតគឺជាឧបករណ៍បំពងសំឡេងខ្នាតតូច។ ការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃសមត្ថភាពសក្តានុពលរបស់ 3D PC ដោយផ្អែកលើសមត្ថភាពទូលំទូលាយនៃការគ្រប់គ្រងលក្ខណៈនៃពន្លឺ (photon) beam គឺទើបតែចាប់ផ្តើម។ វាមានភាពស្មុគស្មាញដោយកង្វះវិធីសាស្រ្តដ៏មានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់ការបង្កើតកុំព្យូទ័រ 3D ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ វិធីសាស្រ្តសម្រាប់ការបង្កើតគោលដៅនៃភាពមិនដូចគ្នានៃមូលដ្ឋាន ចំណុចខ្វះខាតក្នុងបន្ទាត់ និងចំណុចនៅក្នុងពួកវា ក៏ដូចជាវិធីសាស្រ្តសម្រាប់ភ្ជាប់ជាមួយឧបករណ៍ photonic និងអេឡិចត្រូនិចផ្សេងទៀត។

វឌ្ឍនភាពកាន់តែគួរឱ្យកត់សម្គាល់ត្រូវបានសម្រេចនៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃគ្រីស្តាល់ photonic 2D ដែលត្រូវបានប្រើជាក្បួនក្នុងទម្រង់នៃគ្រីស្តាល់ photonic planar (ខ្សែភាពយន្ត) ឬក្នុងទម្រង់ជា (PCF) (សូមមើលព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែមនៅក្នុងអត្ថបទពាក់ព័ន្ធ) .

PCFs គឺជារចនាសម្ព័ន្ធពីរវិមាត្រដែលមានពិការភាពនៅផ្នែកកណ្តាល ពន្លូតតាមទិសកាត់កែង។ ក្នុងនាមជាប្រភេទថ្មីជាមូលដ្ឋាននៃសរសៃអុបទិក PCFs ផ្តល់នូវសមត្ថភាពដែលមិនអាចចូលទៅដល់ប្រភេទផ្សេងទៀតសម្រាប់ការដឹកជញ្ជូនរលកពន្លឺ និងការគ្រប់គ្រងសញ្ញាពន្លឺ។

កុំព្យូទ័រមួយវិមាត្រ (1D PCs) គឺជារចនាសម្ព័ន្ធពហុស្រទាប់នៃស្រទាប់ជំនួសដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្សេងគ្នា។ នៅក្នុងអុបទិកបុរាណ តាំងពីយូរយារណាស់មកហើយ មុនពេលពាក្យថា "គ្រីស្តាល់ហ្វូតូនិច" បានបង្ហាញខ្លួន វាត្រូវបានគេស្គាល់យ៉ាងច្បាស់ថានៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធតាមកាលកំណត់បែបនេះ ធម្មជាតិនៃការសាយភាយនៃរលកពន្លឺបានផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងខ្លាំងដោយសារតែបាតុភូតនៃការជ្រៀតជ្រែក និងការបង្វែរ។ ជាឧទាហរណ៍ ថ្នាំកូតដែលឆ្លុះបញ្ចាំងពីស្រទាប់ច្រើនត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយសម្រាប់ការផលិតកញ្ចក់ និងតម្រងការជ្រៀតជ្រែកក្នុងខ្សែភាពយន្ត និងកញ្ចក់ Bragg កម្រិតសំឡេងជាឧបករណ៍ជ្រើសរើស និងតម្រង។ បន្ទាប់ពីពាក្យថា PC ចាប់ផ្តើមត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយ ប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយស្រទាប់បែបនេះ ដែលសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់តាមទិសមួយ បានចាប់ផ្តើមត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ជាគ្រីស្តាល់ photonic មួយវិមាត្រ។ នៅពេលដែលពន្លឺមានឧបទ្ទវហេតុកាត់កែង ការពឹងផ្អែកនៃវិសាលគមនៃការឆ្លុះបញ្ចាំងនៃថ្នាំកូតពហុស្រទាប់គឺជាអ្វីដែលគេហៅថា "តារាង Bragg" - នៅចម្ងាយរលកជាក់លាក់ ការឆ្លុះបញ្ចាំងនឹងខិតទៅជិតភាពរួបរួមនៅពេលដែលចំនួនស្រទាប់កើនឡើង។ រលកពន្លឺធ្លាក់ក្នុងជួរវិសាលគមដែលបង្ហាញក្នុងរូប។ b ព្រួញ ត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងស្ទើរតែទាំងស្រុងពីរចនាសម្ព័ន្ធតាមកាលកំណត់។ នៅក្នុងវាក្យស័ព្ទរបស់ FC តំបន់ប្រវែងរលកនេះ និងតំបន់ថាមពល photon ដែលត្រូវគ្នា (ឬក្រុមថាមពល) ត្រូវបានហាមឃាត់សម្រាប់រលកពន្លឺដែលរីករាលដាលកាត់កែងទៅស្រទាប់។

សក្ដានុពលសម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃកុំព្យូទ័រគឺធំសម្បើមដោយសារតែសមត្ថភាពពិសេសនៃការគ្រប់គ្រង photons ហើយមិនទាន់ត្រូវបានគេរកឃើញពេញលេញនៅឡើយ។ គ្មានការងឿងឆ្ងល់ទេថា នៅប៉ុន្មានឆ្នាំខាងមុខនេះ ឧបករណ៍ថ្មី និងធាតុផ្សំនៃការរចនានឹងត្រូវបានស្នើឡើង ប្រហែលជាខុសគ្នាជាមូលដ្ឋានពីឧបករណ៍ដែលបានប្រើ ឬអភិវឌ្ឍនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។

ការរំពឹងទុកដ៏ធំសម្បើមសម្រាប់ការប្រើប្រាស់គ្រីស្តាល់ photonic នៅក្នុង photonics ត្រូវបានគេដឹងបន្ទាប់ពីការបោះពុម្ពផ្សាយអត្ថបទដោយ E. Yablonovich ដែលក្នុងនោះវាត្រូវបានស្នើឱ្យប្រើគ្រីស្តាល់ photonic ជាមួយនឹងចន្លោះប្រហោងនៃក្រុម photonic ដើម្បីគ្រប់គ្រងវិសាលគមនៃការបំភាយដោយឯកឯង។

ក្នុងចំណោមឧបករណ៍ photonic ដែលអាចត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងបង្ហាញខ្លួនក្នុងពេលដ៏ខ្លីខាងមុខនេះមានដូចខាងក្រោម៖

ឡាស៊ែរកុំព្យូទ័រកម្រិតទាប តូចជ្រុល;
កុំព្យូទ័រភ្លឺខ្លាំងជាមួយនឹងវិសាលគមការបំភាយដែលបានគ្រប់គ្រង;
មគ្គុទ្ទេសក៍រលកកុំព្យូទ័រខ្នាតតូចដែលមានកាំកោងមីក្រូន;
សៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា photonic ជាមួយនឹងកម្រិតខ្ពស់នៃការរួមបញ្ចូលដោយផ្អែកលើកុំព្យូទ័រ planar;
តម្រង វិសាលគម photonic ខ្នាតតូច រួមទាំង ដែលអាចលៃតម្រូវបាន;
ឧបករណ៍អង្គចងចាំអុបទិក FC RAM;
ឧបករណ៍ដំណើរការសញ្ញាអុបទិក FC;
មធ្យោបាយនៃការផ្តល់កាំរស្មីឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់ដោយផ្អែកលើ PCF ជាមួយនឹងស្នូលប្រហោង។

ភាពទាក់ទាញបំផុត ប៉ុន្តែក៏ជាការលំបាកបំផុតក្នុងការអនុវត្តកម្មវិធីកុំព្យូទ័របីវិមាត្រគឺការបង្កើតនូវឧបករណ៍បំពងសំឡេង និងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកដែលរួមបញ្ចូលគ្នានូវបរិមាណដ៏ធំបំផុតសម្រាប់ដំណើរការព័ត៌មាន។

ការប្រើប្រាស់ផ្សេងទៀតដែលអាចធ្វើទៅបានសម្រាប់គ្រីស្តាល់ photonic 3D រួមមានការផលិតគ្រឿងអលង្ការដោយផ្អែកលើ opals សិប្បនិម្មិត។

គ្រីស្តាល់ Photonic ក៏ត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងធម្មជាតិផងដែរ ដោយផ្តល់ពណ៌បន្ថែមដល់ពិភពលោកជុំវិញខ្លួនយើង។ ដូច្នេះ ស្រទាប់ស្រោបគុជខ្យងនៃសំបកមើមដូចជាផ្លែប៉ោមមានរចនាសម្ព័ន្ធ 1D FC អង់តែនរបស់កណ្ដុរសមុទ្រ និងសរសៃដង្កូវរបស់ពពួកដង្កូវ Polychaete គឺ 2D FC និងថ្មពាក់កណ្តាលដ៏មានតម្លៃធម្មជាតិ opals និង ស្លាបរបស់មេអំបៅលេបអាហ្រ្វិក ( Papilio ulysses ) គឺជាគ្រីស្តាល់ photonic បីវិមាត្រធម្មជាតិ។

រូបភាព

ក- រចនាសម្ព័ន្ធនៃកុំព្យូទ័រពីរវិមាត្រ (ខាងលើ) និងបីវិមាត្រ (ខាងក្រោម) កុំព្យូទ័រ;

ខ- គម្លាតក្រុមនៃកុំព្យូទ័រមួយវិមាត្រដែលបង្កើតឡើងដោយស្រទាប់ GaAs/AlxOy រលកត្រីមាស (គម្លាតក្រុមត្រូវបានបង្ហាញដោយព្រួញមួយ);

វ- កុំព្យូទ័របញ្ច្រាសនៃនីកែល ទទួលបានដោយបុគ្គលិកនៃសាកលវិទ្យាល័យរដ្ឋម៉ូស្គូ FNM ។ M.V. Lomonosova N.A. Sapolotova, K.S. Napolsky និង A.A. អេលីសេវ

ស្នាដៃមួយចំនួនធំ និងថ្មីៗនេះ អក្សរកាត់ត្រូវបានឧទ្ទិសដល់លក្ខណៈសម្បត្តិមិនធម្មតានៃគ្រីស្តាល់ photonic ។ ចូរយើងចាំថាគ្រីស្តាល់ photonic គឺជាមេឌៀសិប្បនិម្មិតដែលក្នុងនោះដោយសារតែការផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់នៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រ dielectric (មានន័យថាសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរ) លក្ខណៈសម្បត្តិនៃការសាយភាយរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច (ពន្លឺ) ក្លាយទៅជាស្រដៀងនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់អេឡិចត្រុងដែលបន្តពូជនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ពិត។ ដូច្នោះហើយ ពាក្យ "គ្រីស្តាល់ ហ្វូតូនិក" សង្កត់ធ្ងន់លើភាពស្រដៀងគ្នារវាង ហ្វូតុង និងអេឡិចត្រុង។ បរិមាណនៃលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ហ្វូតុងនាំឱ្យការពិតដែលថានៅក្នុងវិសាលគមនៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចដែលរីករាលដាលនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic តំបន់ហាមឃាត់អាចលេចឡើងដែលដង់ស៊ីតេនៃរដ្ឋនៃហ្វូតូនគឺសូន្យ។

គ្រីស្តាល់ photonic បីវិមាត្រដែលមាន bandgap ដាច់ខាតត្រូវបានដឹងជាលើកដំបូងសម្រាប់រលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចនៅក្នុងជួរមីក្រូវ៉េវ។ អត្ថិភាពនៃគម្លាតក្រុមដាច់ខាតមានន័យថា រលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិកនៅក្នុងប្រេកង់ជាក់លាក់មួយមិនអាចសាយភាយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ដែលបានផ្តល់ឱ្យក្នុងទិសដៅណាមួយឡើយ ចាប់តាំងពីដង់ស៊ីតេនៃរដ្ឋនៃហ្វូតុងដែលថាមពលរបស់វាត្រូវគ្នាទៅនឹងប្រេកង់នេះគឺសូន្យនៅចំណុចណាមួយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់។ ដូចគ្រីស្តាល់ពិត គ្រីស្តាល់ photonic អាចជា conductors សារធាតុ semiconductors អ៊ីសូឡង់ និង superconductors ក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃវត្តមាន និងលក្ខណៈសម្បត្តិនៃគម្លាតក្រុមរបស់ពួកគេ។ ប្រសិនបើមាន "ពិការភាព" នៅក្នុងគម្លាតក្រុមនៃគ្រីស្តាល់ photonic នោះ photon អាចត្រូវបាន "ចាប់យក" ដោយ "ពិការភាព" ដែលស្រដៀងទៅនឹងរបៀបដែលអេឡិចត្រុងឬរន្ធត្រូវបានចាប់យកដោយភាពមិនបរិសុទ្ធដែលត្រូវគ្នាដែលស្ថិតនៅក្នុងគម្លាតក្រុមនៃ semiconductor ។ .

រលកសាយភាយបែបនេះជាមួយនឹងថាមពលដែលមានទីតាំងនៅក្នុងគម្លាតក្រុមនេះត្រូវបានគេហៅថារបៀបពិការភាព។

ចំណាំងផ្លាតមេតានៃគ្រីស្តាល់ photonic

ដូចដែលបានកត់សម្គាល់រួចមកហើយ លក្ខណៈសម្បត្តិមិនធម្មតានៃគ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅពេលដែលវិមាត្រនៃកោសិកាបឋមនៃគ្រីស្តាល់មានលំដាប់លំដោយនៃប្រវែងរលកដែលរីកសាយនៅក្នុងវា។ វាច្បាស់ណាស់ថាគ្រីស្តាល់ photonic ដ៏ល្អនៅក្នុងជួរពន្លឺដែលអាចមើលឃើញអាចត្រូវបានផលិតដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យា submicron ប៉ុណ្ណោះ។ កម្រិតនៃវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យាទំនើបធ្វើឱ្យវាអាចបង្កើតគ្រីស្តាល់បីវិមាត្របែបនេះ។

កម្មវិធីនៃគ្រីស្តាល់ photonic មានច្រើនណាស់ - ឯកោអុបទិក ច្រកទ្វារអុបទិក កុងតាក់ ពហុគុណ។ល។ រចនាសម្ព័ន្ធដ៏សំខាន់បំផុតមួយពីទស្សនៈជាក់ស្តែងគឺសរសៃអុបទិកគ្រីស្តាល់ photonic ។ ពួកវាត្រូវបានផលិតដំបូងពីសំណុំនៃ capillaries កញ្ចក់ដែលប្រមូលបាននៅក្នុងកញ្ចប់ក្រាស់ដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានទទួលរងនូវក្រណាត់ធម្មតា។ លទ្ធផលគឺសរសៃអុបទិកដែលមានរន្ធដែលមានចន្លោះទៀងទាត់ដែលមានទំហំលក្ខណៈប្រហែល 1 មីក្រូន។ បនា្ទាប់មក មគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺគ្រីស្តាល់ photonic អុបទិកនៃការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធផ្សេងៗ និងជាមួយនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានទទួល (រូបភាពទី 9)។

វិធីសាស្រ្តខួងយករ៉ែថ្មីសម្រាប់បង្កើតមគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺគ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅវិទ្យាស្ថានវិស្វកម្មវិទ្យុ និងអេឡិចត្រូនិក និងមជ្ឈមណ្ឌលវិទ្យាសាស្ត្រសម្រាប់ Fiber Optics នៃបណ្ឌិត្យសភាវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ី។ ទីមួយរន្ធមេកានិចដែលមានម៉ាទ្រីសណាមួយត្រូវបានខួងនៅក្នុង workpiece រ៉ែថ្មខៀវក្រាស់ហើយបន្ទាប់មក workpiece ត្រូវបានគូរ។ លទ្ធផលគឺសរសៃគ្រីស្តាល់ photonic ដែលមានគុណភាពខ្ពស់។ នៅក្នុងមគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺបែបនេះ វាងាយស្រួលក្នុងការបង្កើតពិការភាពនៃរាង និងទំហំផ្សេងៗ ដូច្នេះរបៀបពន្លឺជាច្រើនអាចរំជើបរំជួលក្នុងពេលដំណាលគ្នានៅក្នុងពួកវា ប្រេកង់ដែលស្ថិតនៅក្នុងគម្លាតក្រុមនៃគ្រីស្តាល់ photonic ។ ជាពិសេស ពិការភាពអាចយកទម្រង់ជាឆានែលប្រហោង ដូច្នេះពន្លឺនឹងសាយភាយមិននៅក្នុងរ៉ែថ្មខៀវ ប៉ុន្តែតាមរយៈខ្យល់ ដែលអាចកាត់បន្ថយការខាតបង់យ៉ាងច្រើននៅក្នុងផ្នែកវែងនៃមគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺគ្រីស្តាល់ photonic ។ ការសាយភាយនៃវិទ្យុសកម្មដែលអាចមើលឃើញ និងអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដនៅក្នុងមគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺគ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានអមដោយបាតុភូតរូបវិទ្យាផ្សេងៗ៖ ការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយរបស់រ៉ាម៉ាន ការលាយអាម៉ូនិក ការបង្កើតអាម៉ូនិក ដែលនៅទីបំផុតនាំទៅដល់ការបង្កើត supercontinuum ។

មិនគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍តិចជាងនេះទេពីទស្សនៈនៃការសិក្សាអំពីឥទ្ធិពលរាងកាយនិងកម្មវិធីដែលអាចកើតមានគឺគ្រីស្តាល់ photonic មួយនិងពីរវិមាត្រ។ និយាយយ៉ាងតឹងរ៉ឹង រចនាសម្ព័ន្ធទាំងនេះមិនមែនជាគ្រីស្តាល់ photonic ទេ ប៉ុន្តែពួកវាអាចត្រូវបានគេចាត់ទុកថាដូចជានៅពេលដែលរលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិករីករាលដាលក្នុងទិសដៅជាក់លាក់។ គ្រីស្តាល់ photonic មួយវិមាត្រធម្មតាគឺជារចនាសម្ព័ន្ធតាមកាលកំណត់ពហុស្រទាប់ដែលមានស្រទាប់នៃសារធាតុយ៉ាងហោចណាស់ពីរដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរខុសគ្នាយ៉ាងទូលំទូលាយ។ ប្រសិនបើរលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិករីករាលដាលតាមធម្មតា គម្លាតក្រុមសម្រាប់ប្រេកង់ជាក់លាក់មួយលេចឡើងក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធបែបនេះ។ ប្រសិនបើស្រទាប់មួយនៃរចនាសម្ព័ន្ធត្រូវបានជំនួសដោយសារធាតុដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរខុសពីស្រទាប់ផ្សេងទៀត ឬកម្រាស់នៃស្រទាប់មួយត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរ នោះស្រទាប់បែបនេះនឹងក្លាយជាពិការភាពដែលអាចចាប់យករលកដែលមានប្រេកង់នៅក្នុងគម្លាតក្រុម។ .

វត្តមាននៃស្រទាប់ពិការភាពម៉ាញេទិកនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធមិនម៉ាញ៉េទិច dielectric នាំឱ្យមានការកើនឡើងជាច្រើននៃការបង្វិលហ្វារ៉ាដេយនៃរលកនៅពេលឃោសនានៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធបែបនេះនិងការកើនឡើងនៃតម្លាភាពអុបទិកនៃឧបករណ៍ផ្ទុក។

និយាយជាទូទៅ វត្តមាននៃស្រទាប់ម៉ាញ៉េទិចនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic អាចផ្លាស់ប្តូរលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់វាបានយ៉ាងសំខាន់ ជាចម្បងនៅក្នុងជួរមីក្រូវ៉េវ។ ការពិតគឺថានៅក្នុងជួរមីក្រូវ៉េវ ភាពជ្រាបចូលម៉ាញ៉េទិចនៃ ferromagnets ក្នុងប្រេកង់ជាក់លាក់មួយគឺអវិជ្ជមាន ដែលជួយសម្រួលដល់ការប្រើប្រាស់របស់ពួកគេក្នុងការបង្កើតសារធាតុមេតាប៉ូលីស។ ដោយការភ្ជាប់សារធាតុបែបនេះជាមួយនឹងស្រទាប់ ឬរចនាសម្ព័ន្ធដែលមិនមែនជាម៉ាញេទិកនៃលោហធាតុដែលមាន conductors បុគ្គល ឬរចនាសម្ព័ន្ធតាមកាលកំណត់នៃ conductors វាអាចបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធជាមួយនឹងតម្លៃអវិជ្ជមាននៃថេរម៉ាញេទិច និង dielectric ។ ឧទាហរណ៏មួយគឺរចនាសម្ព័ន្ធដែលត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅវិទ្យាស្ថានវិស្វកម្មវិទ្យុ និងអេឡិចត្រូនិចនៃបណ្ឌិត្យសភាវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ី ដែលត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីរកមើលការឆ្លុះបញ្ចាំង "អវិជ្ជមាន" និងចំណាំងបែរនៃរលកបង្វិលម៉ាញេទិក។ រចនាសម្ព័ន្ធនេះគឺជាខ្សែភាពយន្តនៃ garnet ដែក yttrium ជាមួយនឹងចំហាយដែកនៅលើផ្ទៃរបស់វា។ លក្ខណៈសម្បត្តិនៃរលកម៉ាញ៉េតូស្ទិកដែលរីករាលដាលនៅក្នុងខ្សែភាពយន្ត ferromagnetic ស្តើងអាស្រ័យយ៉ាងខ្លាំងទៅលើដែនម៉ាញេទិកខាងក្រៅ។ ក្នុងករណីទូទៅ ប្រភេទមួយនៃរលកបែបនេះគឺជារលកថយក្រោយ ដូច្នេះផលិតផលមាត្រដ្ឋាននៃវ៉ិចទ័ររលក និងវ៉ិចទ័រចង្អុលសម្រាប់រលកប្រភេទនេះគឺអវិជ្ជមាន។

អត្ថិភាពនៃរលកថយក្រោយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic ក៏ដោយសារតែភាពទៀងទាត់នៃលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់គ្រីស្តាល់ខ្លួនឯង។ ជាពិសេស សម្រាប់រលកដែលវ៉ិចទ័ររលកស្ថិតនៅក្នុងតំបន់ Brillouin ទីមួយ លក្ខខណ្ឌនៃការសាយភាយអាចត្រូវបានបំពេញដូចជាសម្រាប់រលកផ្ទាល់ និងសម្រាប់រលកដូចគ្នានៅក្នុងតំបន់ Brillouin ទីពីរ - ដូចជាសម្រាប់រលកថយក្រោយ។ ដូចវត្ថុធាតុមេតាដែរ គ្រីស្តាល់ហ្វូតូនិកក៏អាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិមិនធម្មតាក្នុងការសាយភាយរលក ដូចជាចំណាំងបែរ "អវិជ្ជមាន" ជាដើម។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ គ្រីស្តាល់ photonic អាចជាវត្ថុធាតុដែលបាតុភូតនៃចំណាំងផ្លាត "អវិជ្ជមាន" គឺអាចធ្វើទៅបានមិនត្រឹមតែនៅក្នុងជួរមីក្រូវ៉េវប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏មាននៅក្នុងជួរប្រេកង់អុបទិកផងដែរ។ ការពិសោធន៍បញ្ជាក់ពីអត្ថិភាពនៃចំណាំងផ្លាត "អវិជ្ជមាន" នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic សម្រាប់រលកដែលមានប្រេកង់ខ្ពស់ជាងប្រេកង់នៃគម្លាតក្រុមទីមួយនៅជិតកណ្តាលនៃតំបន់ Brillouin ។ នេះគឺដោយសារតែឥទ្ធិពលនៃល្បឿនក្រុមអវិជ្ជមាន ហើយជាលទ្ធផល សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរអវិជ្ជមានសម្រាប់រលក។ ជាការពិតនៅក្នុងជួរប្រេកង់នេះ រលកបានប្រែទៅជាបញ្ច្រាស។

(គ្រីស្តាល់ superlattice) ដែលវាលបន្ថែមត្រូវបានបង្កើតដោយសិប្បនិម្មិតជាមួយនឹងរយៈពេលដែលមានលំដាប់លំដោយធំជាងរយៈពេលនៃបន្ទះឈើ។ ម៉្យាងទៀត នេះគឺជាប្រព័ន្ធលំដាប់លំដោយដែលមានការផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់យ៉ាងតឹងរឹងនៅក្នុងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរលើមាត្រដ្ឋានដែលអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងប្រវែងរលកនៃវិទ្យុសកម្មនៅក្នុងជួរដែលអាចមើលឃើញ និងជិតអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ។ សូមអរគុណចំពោះការនេះ ការ gratings បែបនេះធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីទទួលបានតំបន់អនុញ្ញាតនិងហាមឃាត់សម្រាប់ថាមពល photon ។

ជាទូទៅ វិសាលគមថាមពលនៃ photon ដែលផ្លាស់ទីក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic គឺស្រដៀងទៅនឹងវិសាលគមនៃអេឡិចត្រុងនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ពិត ឧទាហរណ៍ នៅក្នុង semiconductor ។ នៅទីនេះ តំបន់ហាមឃាត់ក៏ត្រូវបានបង្កើតឡើងផងដែរ នៅក្នុងជួរប្រេកង់ជាក់លាក់មួយ ដែលការផ្សព្វផ្សាយដោយសេរីនៃហ្វូតុងត្រូវបានហាមឃាត់។ រយៈពេលម៉ូឌុលនៃថេរ dielectric កំណត់ទីតាំងថាមពលនៃគម្លាតក្រុមតន្រ្តីនិងរលកនៃវិទ្យុសកម្មដែលឆ្លុះបញ្ចាំង។ ហើយទទឹងនៃគម្លាតក្រុមតន្រ្តីត្រូវបានកំណត់ដោយកម្រិតពណ៌នៃថេរ dielectric ។

ការសិក្សាអំពីគ្រីស្តាល់ photonic បានចាប់ផ្តើមនៅឆ្នាំ 1987 ហើយបានក្លាយទៅជាម៉ូតយ៉ាងឆាប់រហ័សសម្រាប់មន្ទីរពិសោធន៍ឈានមុខគេជាច្រើននៅលើពិភពលោក។ គ្រីស្តាល់ photonic ដំបូងត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 ដោយបុគ្គលិក Bell Labs Eli Yablonovitch ដែលឥឡូវនេះធ្វើការនៅសាកលវិទ្យាល័យកាលីហ្វ័រញ៉ា។ ដើម្បីទទួលបានបន្ទះឈើតាមកាលកំណត់ 3 វិមាត្រនៅក្នុងសម្ភារៈអគ្គិសនីតាមរយៈរបាំង Eli លោក Yablonovich បានខួងរន្ធរាងស៊ីឡាំងតាមរបៀបដែលបណ្តាញរបស់ពួកគេនៅក្នុងសម្ភារៈភាគច្រើនបង្កើតបានជាបន្ទះគូបដែលនៅចំកណ្តាលមុខ ខណៈពេលដែលថេរ dielectric ត្រូវបានកែប្រែ។ ជាមួយនឹងរយៈពេលនៃ 1 សង់ទីម៉ែត្រនៅក្នុង 3 វិមាត្រទាំងអស់។

ពិចារណាអំពីឧប្បត្តិហេតុនៃហ្វូតុននៅលើគ្រីស្តាល់ photonic ។ ប្រសិនបើ photon នេះមានថាមពលដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងគម្លាតក្រុមនៃគ្រីស្តាល់ photonic នោះវានឹងមិនអាចផ្សព្វផ្សាយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់បានទេ ហើយនឹងត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងពីវា។ ហើយផ្ទុយមកវិញ ប្រសិនបើ photon មានថាមពលដែលត្រូវគ្នានឹងថាមពលនៃតំបន់ដែលអនុញ្ញាតនៃគ្រីស្តាល់ នោះវានឹងអាចបន្តពូជនៅក្នុងគ្រីស្តាល់បាន។ ដូច្នេះ គ្រីស្តាល់ photonic មានមុខងារនៃតម្រងអុបទិក បញ្ជូន ឬឆ្លុះបញ្ចាំង photons ជាមួយនឹងថាមពលជាក់លាក់។

នៅក្នុងធម្មជាតិ ស្លាបរបស់មេអំបៅ swallowtail អាហ្រ្វិក ក្ងោក និងត្បូងពាក់កណ្តាលមានតម្លៃដូចជា opal និងម្តាយរបស់គុជខ្យងមានទ្រព្យសម្បត្តិនេះ (រូបភាពទី 1) ។

គ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានចាត់ថ្នាក់តាមទិសដៅនៃការផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់នៃសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរនៅក្នុងការវាស់វែង៖

1. គ្រីស្តាល់ photonic មួយវិមាត្រ។ នៅក្នុងគ្រីស្តាល់បែបនេះ សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរប្រែប្រួលក្នុងទិសដៅមួយ (រូបភាពទី 1) ។ គ្រីស្តាល់ photonic មួយវិមាត្រមានស្រទាប់នៃវត្ថុធាតុស្របគ្នាជាមួយនឹងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្សេងគ្នា។ គ្រីស្តាល់បែបនេះបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិតែក្នុងទិសដៅលំហតែមួយដែលកាត់កែងទៅនឹងស្រទាប់។
2. គ្រីស្តាល់ photonic ពីរវិមាត្រ។ នៅក្នុងគ្រីស្តាល់បែបនេះ សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្លាស់ប្តូរក្នុងទិសដៅលំហពីរ (រូបភាពទី 2)។ នៅក្នុងគ្រីស្តាល់បែបនេះ តំបន់ដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរមួយ (n1) មានទីតាំងនៅក្នុងមជ្ឈដ្ឋាននៃសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្សេងទៀត (n2)។ រូបរាងនៃតំបន់ដែលមានសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរអាចជាណាមួយ ដូចជាបន្ទះគ្រីស្តាល់ខ្លួនឯង។ គ្រីស្តាល់ photonic បែបនេះអាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ពួកគេក្នុងទិសដៅ spatial ពីរ។
3. គ្រីស្តាល់ photonic បីវិមាត្រ។ នៅក្នុងគ្រីស្តាល់បែបនេះ សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរផ្លាស់ប្តូរក្នុងទិសដៅលំហបី (រូបភាពទី 3)។ គ្រីស្តាល់បែបនេះអាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់វាក្នុងទិសដៅលំហបី។

គំនិតនៃ photonics នៃរចនាសម្ព័ន្ធ nanoscale និង photonic crystals បានកើតនៅពេលដែលការវិភាគលទ្ធភាពនៃការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធក្រុម optical ។ វាត្រូវបានគេសន្មត់ថានៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធក្រុមតន្រ្តីអុបទិក ដូចជានៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធក្រុម semiconductor គួរតែមានរដ្ឋអនុញ្ញាត និងហាមឃាត់សម្រាប់ photons ដែលមានថាមពលខុសៗគ្នា។ តាមទ្រឹស្តី គំរូនៃឧបករណ៍ផ្ទុកត្រូវបានស្នើឡើង ដែលការផ្លាស់ប្តូរតាមកាលកំណត់នៅក្នុងសន្ទស្សន៍ថេរ dielectric ឬចំណាំងបែររបស់ឧបករណ៍ផ្ទុកត្រូវបានប្រើជាសក្តានុពលបន្ទះឈើតាមកាលកំណត់។ ដូច្នេះគំនិតនៃ "គម្លាតនៃក្រុមតន្ត្រី" នៅក្នុង "គ្រីស្តាល់រូបថត" ត្រូវបានណែនាំ។

គ្រីស្តាល់ Photonicគឺជា superlattice ដែលវាលមួយត្រូវបានបង្កើតដោយសិប្បនិម្មិត ហើយរយៈពេលរបស់វាគឺជាលំដាប់នៃរ៉ិចទ័រធំជាងកំឡុងពេលនៃបន្ទះឈើសំខាន់។ គ្រីស្តាល់ photonic គឺជា dielectric ថ្លាដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធតាមកាលកំណត់ជាក់លាក់ និងលក្ខណៈសម្បត្តិអុបទិកតែមួយគត់។

រចនាសម្ព័ន្ធតាមកាលកំណត់មួយត្រូវបានបង្កើតឡើងពីរន្ធតូចៗដែលផ្លាស់ប្តូរទៀងទាត់ dielectric ថេរ r អង្កត់ផ្ចិតនៃរន្ធទាំងនេះគឺដូចជារលកពន្លឺនៃប្រវែងកំណត់យ៉ាងតឹងរ៉ឹងឆ្លងកាត់ពួកវា។ រលកផ្សេងទៀតទាំងអស់ត្រូវបានស្រូប ឬឆ្លុះបញ្ចាំង។

តំបន់ photonic ត្រូវបានបង្កើតឡើងដែលល្បឿនដំណាក់កាលនៃការសាយភាយពន្លឺអាស្រ័យលើ អ៊ី នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ ពន្លឺបន្តសាយភាយយ៉ាងស៊ីសង្វាក់គ្នា និងប្រេកង់ហាមឃាត់លេចឡើង អាស្រ័យលើទិសដៅនៃការបន្តពូជ។ Bragg diffraction សម្រាប់គ្រីស្តាល់ photonic កើតឡើងនៅក្នុងជួររលកអុបទិក។

គ្រីស្តាល់បែបនេះត្រូវបានគេហៅថា photonic bandgap materials (PBGBs) ។ តាមទស្សនៈនៃអេឡិចត្រូនិក quantum ច្បាប់របស់ Einstein សម្រាប់ការបំភាយបំភាយដែលត្រូវបានជំរុញមិនមាននៅក្នុងប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយសកម្មបែបនេះទេ។ អនុលោមតាមច្បាប់នេះ អត្រានៃការបំភាយ និងស្រូបទាញបានស្មើគ្នា ហើយផលបូកនៃការរំភើប ន ២និងមិនរំភើប

នៃអាតូម JV គឺ A, + ន., = ន.បន្ទាប់មកឬ 50% ។

នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic ការបញ្ច្រាសចំនួនប្រជាជនកម្រិត 100% គឺអាចធ្វើទៅបាន។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកកាត់បន្ថយថាមពលបូមនិងកាត់បន្ថយកំដៅដែលមិនចាំបាច់នៃគ្រីស្តាល់។

ប្រសិនបើគ្រីស្តាល់ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងរលកសំឡេង នោះប្រវែងនៃរលកពន្លឺ និងទិសដៅនៃចលនានៃរលកពន្លឺ ដែលជាលក្ខណៈរបស់គ្រីស្តាល់អាចផ្លាស់ប្តូរបាន។ លក្ខណៈប្លែកនៃគ្រីស្តាល់ photonic គឺសមាមាត្រនៃមេគុណឆ្លុះបញ្ចាំង រពន្លឺនៅក្នុងផ្នែករលកវែងនៃវិសាលគមទៅប្រេកង់របស់វាការ៉េជាមួយ 2 ហើយមិនមែនសម្រាប់ Rayleigh រាយប៉ាយទេ រ~ ជាមួយ 4 ។ សមាសធាតុរលកខ្លីនៃវិសាលគមអុបទិកត្រូវបានពិពណ៌នាដោយច្បាប់នៃអុបទិកធរណីមាត្រ។

នៅពេលបង្កើតគ្រីស្តាល់ photonic ជាលក្ខណៈឧស្សាហកម្ម ចាំបាច់ត្រូវស្វែងរកបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់បង្កើត superlattices បីវិមាត្រ។ នេះគឺជាកិច្ចការដ៏លំបាកមួយ ដោយសារបច្ចេកទេសចម្លងស្តង់ដារដោយប្រើវិធីសាស្ត្រ lithography គឺមិនអាចទទួលយកបានសម្រាប់ការបង្កើត nanostructures 3D ។

ការយកចិត្តទុកដាក់របស់អ្នកស្រាវជ្រាវត្រូវបានទាក់ទាញដោយ opal ដ៏ថ្លៃថ្នូ (រូបភាព 2.23) ។ តើនេះជាសារធាតុរ៉ែ Si() 2? ន 1.0 ថ្នាក់រងនៃអ៊ីដ្រូសែន។ នៅក្នុង opals ធម្មជាតិ ចន្លោះប្រហោងនៃ globules ត្រូវបានបំពេញដោយ silica និងទឹកម៉ូលេគុល។ តាមទស្សនៈនៃ nanoelectronics opals ត្រូវបានខ្ចប់យ៉ាងក្រាស់ (ជាចម្បងយោងទៅតាមច្បាប់គូប) nanospheres (globules) នៃស៊ីលីកា។ តាមក្បួនមួយអង្កត់ផ្ចិតនៃ nanospheres ស្ថិតនៅក្នុងចន្លោះពី 200-600 nm ។ ការវេចខ្ចប់សារធាតុស៊ីលីកា បង្កើតជាបន្ទះឈើបីវិមាត្រ។ superlattices បែបនេះមានចន្លោះប្រហោងរចនាសម្ព័ន្ធដែលមានទំហំ 140-400 nm ដែលអាចបំពេញដោយ semiconductor អុបទិកសកម្ម និងវត្ថុធាតុម៉ាញ៉េទិច។ នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធ opal វាគឺអាចធ្វើទៅបានដើម្បីបង្កើតបន្ទះឈើបីវិមាត្រជាមួយនឹងរចនាសម្ព័ន្ធ nanoscale ។ រចនាសម្ព័ន្ធម៉ាទ្រីសអុបទិកអាចបម្រើជាគ្រីស្តាល់ 3E)-photonic ។

បច្ចេកវិទ្យានៃស៊ីលីកុន macroporous oxidized ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ដោយផ្អែកលើដំណើរការបច្ចេកវិជ្ជានេះ រចនាសម្ព័ន្ធបីវិមាត្រក្នុងទម្រង់ជាម្ជុលស៊ីលីកាត្រូវបានបង្កើតឡើង (រូបភាព 2.24) ។

ចន្លោះប្រហោងនៃក្រុម photonic ត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធទាំងនេះ។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃគម្លាតក្រុមតន្រ្តីអាចត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរនៅដំណាក់កាលនៃដំណើរការ lithographic ឬដោយការបំពេញរចនាសម្ព័ន្ធម្ជុលជាមួយសម្ភារៈផ្សេងទៀត។

ការរចនាឡាស៊ែរផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយផ្អែកលើគ្រីស្តាល់ photonic ។ ថ្នាក់មួយទៀតនៃធាតុអុបទិកដែលមានមូលដ្ឋានលើគ្រីស្តាល់ photonic គឺ សរសៃគ្រីស្តាល់ photonic(FKV) ។ ពួកគេមាន

អង្ករ។ ២.២៣.រចនាសម្ព័ន្ធនៃ opal សំយោគ (ក)និង opals ធម្មជាតិ (ខ)"

" ប្រភព៖ Gudilin E.A.[និងអ្នកដទៃ]។ ទ្រព្យសម្បត្តិនៃ Nanoworld ។ របាយការណ៍រូបថតពីជម្រៅនៃបញ្ហា; កែសម្រួលដោយ Yu.D. Tretyakova ។ M. : BINOM ។ មន្ទីរពិសោធន៍ចំណេះដឹង ឆ្នាំ២០១០។

អង្ករ។ ២.២៤.

គម្លាតក្រុមនៅក្នុងជួររលកដែលបានផ្តល់ឱ្យ។ មិនដូចសរសៃអុបទិកធម្មតាទេ សរសៃ photonic bandgap មានសមត្ថភាពផ្លាស់ប្តូររលកចម្ងាយសូន្យទៅជាតំបន់ដែលអាចមើលឃើញនៃវិសាលគម។ ក្នុងករណីនេះលក្ខខណ្ឌត្រូវបានផ្តល់ជូនសម្រាប់របៀប soliton នៃការសាយភាយពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ។

ដោយការផ្លាស់ប្តូរទំហំនៃបំពង់ខ្យល់ហើយយោងទៅតាមទំហំនៃស្នូលវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីបង្កើនការប្រមូលផ្តុំនៃថាមពលវិទ្យុសកម្មពន្លឺនិងលក្ខណៈសម្បត្តិ nonlinear នៃសរសៃ។ តាមរយៈការផ្លាស់ប្តូរធរណីមាត្រនៃសរសៃ និងការបិទភ្ជាប់ វាគឺអាចធ្វើទៅបានដើម្បីទទួលបានការរួមបញ្ចូលគ្នាដ៏ល្អប្រសើរនៃ nonlinearity ដ៏រឹងមាំ និងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយទាបនៅក្នុងជួររលកដែលចង់បាន។

នៅក្នុងរូបភព។ 2.25 បង្ហាញ FKV ។ ពួកគេត្រូវបានបែងចែកជាពីរប្រភេទ។ ប្រភេទទីមួយរួមមាន FCF ជាមួយនឹងស្នូលពន្លឺដ៏រឹងមាំ។ តាមរចនាសម្ព័ន សរសៃបែបនេះត្រូវបានផលិតក្នុងទម្រង់ជាស្នូលកញ្ចក់រ៉ែថ្មខៀវនៅក្នុងសែលគ្រីស្តាល់ photonic ។ លក្ខណៈសម្បត្តិរលកនៃសរសៃបែបនេះត្រូវបានផ្តល់ទាំងដោយឥទ្ធិពលនៃការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុប និងដោយលក្ខណៈក្រុមនៃគ្រីស្តាល់ photonic ។ ដូច្នេះ របៀបលំដាប់ទាប បន្តពូជនៅក្នុងសរសៃបែបនេះ លើជួរវិសាលគមធំទូលាយ។ របៀបលំដាប់ខ្ពស់ផ្លាស់ប្តូរទៅក្នុងសែល និងរលួយនៅទីនោះ។ ក្នុងករណីនេះ លក្ខណៈសម្បត្តិរលកនៃគ្រីស្តាល់សម្រាប់របៀបសូន្យត្រូវបានកំណត់ដោយឥទ្ធិពលនៃការឆ្លុះបញ្ចាំងខាងក្នុងសរុប។ រចនាសម្ព័ន្ធក្រុមនៃគ្រីស្តាល់ photonic លេចឡើងដោយប្រយោល។

ថ្នាក់ទីពីរនៃ FKV មានស្នូលពន្លឺ-មគ្គុទ្ទេសក៍ប្រហោង។ ពន្លឺអាចសាយភាយតាមរយៈស្នូលសរសៃ និងស្រទាប់ខាងក្រៅ។ នៅស្នូល

អង្ករ។ ២.២៥.

ក -ផ្នែកដែលមានស្នូលពន្លឺដ៏រឹងមាំ;

6 - ផ្នែកឈើឆ្កាងដែលមានស្នូលសរសៃមគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺប្រហោង សន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរគឺតិចជាងសន្ទស្សន៍ចំណាំងបែរមធ្យមនៃការតោង។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកបង្កើនថាមពលនៃវិទ្យុសកម្មដែលបានដឹកជញ្ជូនយ៉ាងខ្លាំង។ បច្ចុប្បន្ននេះសរសៃត្រូវបានបង្កើតឡើងដែលមានការបាត់បង់ 0.58 dB/km ក្នុងមួយរលក X = 1.55 µm ដែលជិតនឹងតម្លៃបាត់បង់ក្នុងស្តង់ដារ single-mode fiber (0.2 dB/km)។

ក្នុងចំណោមគុណសម្បត្តិផ្សេងទៀតនៃសរសៃគ្រីស្តាល់ photonic យើងកត់សំគាល់ដូចខាងក្រោម:

របៀប single-mode សម្រាប់រលកនៃការរចនាទាំងអស់;
ជួរធំទូលាយនៃការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងកន្លែងរបៀបមូលដ្ឋាន;
មេគុណបែកខ្ចាត់ខ្ចាយថេរនិងខ្ពស់សម្រាប់រលកចម្ងាយ 1.3-1.5 µm និងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយសូន្យសម្រាប់ប្រវែងរលកក្នុងវិសាលគមដែលអាចមើលឃើញ។
តម្លៃបន្ទាត់រាងប៉ូលដែលបានគ្រប់គ្រង ការបែកខ្ញែកនៃល្បឿនក្រុម វិសាលគមបញ្ជូន។

សរសៃដែលមានស្រទាប់គ្រីស្តាល់ photonic ត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាក្នុងវិស័យអុបទិក រូបវិទ្យាឡាស៊ែរ និងជាពិសេសនៅក្នុងប្រព័ន្ធទូរគមនាគមន៍។ ថ្មីៗនេះ សំឡេងសន្ទុះផ្សេងៗដែលកើតឡើងនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic បានទាក់ទាញចំណាប់អារម្មណ៍។ ឥទ្ធិពល Polariton នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ photonic កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលអន្តរកម្មនៃ resonance អេឡិចត្រូនិ និង photon ។ នៅពេលបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធ nanostructures លោហៈ-dielectric ជាមួយនឹងរយៈពេលខ្លីជាងរលកអុបទិក វាអាចដឹងពីស្ថានភាពដែលលក្ខខណ្ឌ r

ផលិតផលដ៏សំខាន់បំផុតនៃការអភិវឌ្ឍនៃ photonics គឺប្រព័ន្ធទូរគមនាគមន៍ fiber-optic ។ មុខងាររបស់ពួកគេគឺផ្អែកលើដំណើរការនៃការបំប្លែងអេឡិចត្រូនិចនៃសញ្ញាព័ត៌មាន ការបញ្ជូនសញ្ញាអុបទិកដែលបានកែប្រែតាមរយៈមគ្គុទ្ទេសក៍ពន្លឺអុបទិក និងការបំប្លែងអុបទិក - អេឡិចត្រូនិចបញ្ច្រាស។