Kristal fotonikoa

Kristal fotonikoa material moderno bat da, txandaka, errefrakzio indize altua eta baxua duten oinarrizko zelulez osatua eta espektro-eremu jakin bateko argiaren uhin-luzeraren pareko dimentsioak. Kristal fonikoak optoelektronikan erabiltzen dira. Suposatzen da kristal fotonikoaren erabilerak ahalbidetuko duela, adibidez. argi-uhin baten hedapena kontrolatzeko eta zirkuitu integratu fotonikoak eta sistema optikoak sortzeko aukerak sortuko ditu, baita banda zabalera handia duten telekomunikazio sareak ere (Pbps ordenakoak).

Material honek argiaren ibilbidean duen eragina kristal erdieroale bateko elektroien mugimenduan sare batek duen efektuaren antzekoa da. Hortik datorkio "kristal fotonikoa" izena. Kristal fotonikoaren egiturak bere barruan argi-uhinak uhin-luzera jakin batean hedatzea eragozten du. Gero fotoi-hutsunea deritzona. Kristal fotonikoak sortzeko kontzeptua aldi berean sortu zen 1987an AEBetako bi ikerketa zentrotan.

New Jerseyko Bell Communications Research-eko Eli Jablonovich-ek transistore fotonikoetarako materialen lan egin zuen. Orduan asmatu zuen "bandgap fotonikoa" terminoa. Aldi berean, Prieston Unibertsitateko Sajiv Johnek, telekomunikazioetan erabiltzen diren laserren eraginkortasuna hobetzeko lanean ari zela, hutsune bera aurkitu zuen. 1991n, Eli Yablonovichek lehen kristal fotonikoa jaso zuen. 1997an, kristalak lortzeko masa-metodo bat garatu zen.

Naturan gertatzen den hiru dimentsioko kristal fotonikoaren adibide bat opala da, Morpho generoko tximeleta baten hegalaren geruza fotonikoaren adibidea. Hala ere, kristal fotonikoak artifizialki egin ohi dira laborategietan siliziotik, hau ere porotsua baita. Euren egituraren arabera, dimentsio bakarrean, bitan eta hirutan banatzen dira. Egitura sinpleena dimentsio bakarreko egitura da. Dimentsio bakarreko kristal fotonikoak geruza dielektriko ezagunak eta aspalditik erabiliak dira, argi intzidentearen uhin-luzeraren araberako islapen koefizientea dutelarik. Izan ere, hau Bragg ispilua da, errefrakzio indize altua eta baxua txandakatuta dituen geruza askoz osatua. Bragg ispiluak pasabide baxuko iragazki arrunt baten moduan funtzionatzen du, maiztasun batzuk islatzen dira beste batzuk igarotzen diren bitartean. Bragg-en ispilua hodi batera botatzen baduzu, bi dimentsioko egitura lortuko duzu.

Artifizialki sortutako bi dimentsioko kristal fotonikoen adibideak zuntz optiko fotonikoak eta geruza fotonikoak dira, hainbat aldaketaren ondoren argi-seinale baten norabidea aldatzeko erabil daitezkeen sistema optiko integratu konbentzionaletan baino distantzia askoz txikiagoan. Gaur egun kristal fotonikoak modelatzeko bi metodo daude.

первый – PWM (plane wave method) dimentsio bakarreko eta biko egiturei dagokie eta ekuazio teorikoen kalkuluan datza, Bloch, Faraday, Maxwell ekuazioak barne. Bigarren Zuntz optikoko egiturak modelatzeko metodoa FDTD (Finite Difference Time Domain) metodoa da, Maxwell-en ekuazioak eremu elektrikoaren eta eremu magnetikoaren denbora-menpekotasunarekin ebaztean datza. Horri esker, uhin elektromagnetikoen hedapenari buruzko zenbakizko esperimentuak egin daitezke kristal-egitura jakinetan. Etorkizunean, horri esker, argia kontrolatzeko erabiltzen diren gailu mikroelektronikoen pareko dimentsioak dituzten sistema fotonikoak lortzea ahalbidetu beharko litzateke.

Kristal fotonikoaren aplikazio batzuk:

• Laser erresonatzaileen ispilu selektiboak,
• banatutako feedback laserrak,
• Zuntz fotonikoak (kristal-zuntz fotonikoa), harizpiak eta planoak,
• Erdieroale fotonikoak, pigmentu ultra zuriak,
• Eraginkortasun handiagoa duten LEDak, Mikroerresonatzaileak, Metamaterialak - ezkerreko materialak,
• Gailu fotonikoen banda zabaleko probak,
• espektroskopia, interferometria edo koherentzia optikoko tomografia (OCT) - fase efektu indartsua erabiliz.