Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с фотонных кристаллов )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Опал в этом браслете содержит естественную периодическую микроструктуру , ответственную за его радужный цвет. По сути, это природный фотонный кристалл.
Крылья некоторых бабочек содержат фотонные кристаллы. [1] [2]

Фотонный кристалл является периодическими оптическими нанострами-мурами , что влияет на движение фотонов во многом таким же образом , что ионные решетках влияют на электроны в твердых телах. Фотонные кристаллы встречаются в природе в виде структурной окраски и отражателей в виде животных , и, в различных формах, обещают быть полезными в ряде приложений.

В 1887 году английский физик лорд Рэлей экспериментировал с периодическими многослойными диэлектрическими пакетами, показав, что у них есть фотонная запрещенная зона в одном измерении. Интерес к исследованиям вырос в 1987 году с работой Эли Яблоновича и Саджива Джона по периодическим оптическим структурам с более чем одним измерением, которые теперь называются фотонными кристаллами.

Фотонные кристаллы могут быть изготовлены в одном, двух или трех измерениях. Одномерные фотонные кристаллы могут состоять из слоев, наплавленных или склеенных. Двумерные можно сделать фотолитографией или просверливанием отверстий в подходящей подложке. Способы изготовления трехмерных включают сверление под разными углами, наложение нескольких двумерных слоев друг на друга, прямую лазерную запись или, например, инициирование самосборки сфер в матрице и растворение сфер.

Фотонные кристаллы в принципе могут найти применение везде, где нужно управлять светом. Существующие области применения включают тонкопленочную оптику с покрытиями для линз. Двумерные фотонно-кристаллические волокна используются в нелинейных устройствах и для передачи волн экзотических длин. Трехмерные кристаллы однажды могут быть использованы в оптических компьютерах . Трехмерные фотонные кристаллы могут привести к созданию более эффективных фотоэлектрических элементов в качестве источника энергии для электроники, тем самым сокращая потребность в электрическом вводе для питания. [3]

Введение [ править ]

Фотонные кристаллы состоят из периодических диэлектрических , металло-диэлектрических или даже сверхпроводниковых микроструктур или наноструктур, которые влияют на распространение электромагнитных волн точно так же, как периодический потенциал в полупроводниковом кристалле влияет на электроны , определяя разрешенные и запрещенные электронные энергетические зоны . Фотонные кристаллы содержат регулярно повторяющиеся области с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью . Фотоны (действующие как волны) либо распространяются через эту структуру, либо нет, в зависимости от их длины волны. Длины волн, которые распространяются, называются модами., а группы допустимых режимов образуют полосы. Запрещенные диапазоны длин волн называются фотонными запрещенными зонами . Это приводит к появлению различных оптических явлений, таких как ингибирование спонтанного излучения , [4] с высокой отражающей всенаправленной зеркала, а также с низким уровнем loss- волноводного . Интуитивно можно понять, что запрещенная зона фотонных кристаллов возникает из-за деструктивной интерференции многократных отражений света, распространяющегося в кристалле на границах раздела областей с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью, сродни запрещенной зоне электронов в твердых телах.

Периодичность структуры фотонного кристалла должна составлять примерно половину длины волны электромагнитных волн, которые необходимо дифрагировать . Это от ~ 350 нм (синий) до ~ 650 нм (красный) для фотонных кристаллов, которые работают в видимой части спектра, или даже меньше, в зависимости от среднего показателя преломления . Следовательно, повторяющиеся области с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью должны быть изготовлены в таком масштабе, что является трудным.

История [ править ]

Фотонные кристаллы были изучены в той или ином с 1887 года формы, но никто не использовал термин фотонного кристалла до более чем 100 лет спустя, после того, как Эли Йяблоновитч и Саджив Джон опубликовали две вехи бумаги на фотонных кристаллах в 1987. [4] [5] ранняя история хорошо задокументирована в форме рассказа, когда Американское физическое общество назвало ее одним из важнейших достижений в физике . [6]

До 1987 г. одномерные фотонные кристаллы в виде периодических многослойных диэлектрических стопок (таких как зеркало Брэгга ) широко изучались. Лорд Рэлей начал свое исследование в 1887 году [7] , показав, что такие системы имеют одномерную фотонную запрещенную зону, спектральный диапазон с большой отражательной способностью, известный как стоп- зона . Сегодня такие структуры используются в самых разных сферах применения - от отражающих покрытий и повышения эффективности светодиодов до зеркал с высокой отражающей способностью в определенных лазерных резонаторах (см., Например, VCSEL ). Полосы пропускания и запреты в фотонных кристаллах были впервые доведены до практики Мелвином М. Вайнером [8]которые назвали эти кристаллы «дискретными фазоупорядоченными средами». Мелвин М. Вайнер достиг этих результатов, расширив динамическую теорию Дарвина [9] для брэгговской дифракции рентгеновских лучей на произвольные длины волн, углы падения и случаи, когда падающий волновой фронт в плоскости решетки заметно рассеивается в направлении прямого рассеяния. Подробное теоретическое исследование одномерных оптических структур была выполнена В. П. Быков , [10] , который был первым , чтобы исследовать эффект фотонной запрещенной зоны на спонтанное излучение от атомов и молекул , внедренных в фотонной структуры. Быков также размышлял о том, что могло бы случиться, если бы использовались двух- или трехмерные периодические оптические структуры. [11]Концепция трехмерных фотонных кристаллов была затем обсуждена Отакой в ​​1979 году [12], который также разработал формализм для расчета структуры фотонной зоны. Однако эти идеи возникли только после публикации в 1987 году двух важных статей Яблоновича и Джона. Обе эти работы касались периодических оптических структур большой размерности, т.е. фотонных кристаллов. Основная цель Яблоновича заключалась в разработке плотности фотонных состояний для управления спонтанным излучением материалов, встроенных в фотонный кристалл. Идея Джона заключалась в том, чтобы использовать фотонные кристаллы для воздействия на локализацию и контроль света.

После 1987 года количество научных работ, посвященных фотонным кристаллам, стало экспоненциально расти. Однако из-за сложности изготовления этих структур в оптических масштабах (см. Проблемы изготовления ) ранние исследования были либо теоретическими, либо в микроволновом режиме, когда фотонные кристаллы могут быть построены в более доступном сантиметровом масштабе. (Этот факт обусловлен свойством электромагнитных полей, известным как масштабная инвариантность. По сути, электромагнитные поля, как решения уравнений Максвелла , не имеют естественного масштаба длины, поэтому решения для структуры сантиметрового масштаба на микроволновых частотах такие же, как и для структуры нанометрового масштаба на оптических частотах.)

К 1991 году Яблонович продемонстрировал первую трехмерную фотонную запрещенную зону в микроволновом режиме. [13] Структура, которую удалось создать Яблоновичу, включала просверливание множества отверстий в прозрачном материале, где отверстия каждого слоя образуют обратную алмазную структуру - сегодня она известна как Яблоновит .

В 1996 году Томас Краусс продемонстрировал двумерный фотонный кристалл на оптических длинах волн. [14] Это открыло путь для изготовления фотонных кристаллов в полупроводниковых материалах, заимствуя методы из полупроводниковой промышленности.

Сегодня в таких технологиях используются пластины фотонных кристаллов, которые представляют собой двумерные фотонные кристаллы, «вытравленные» на пластинах полупроводника. Полное внутреннее отражение ограничивает свет до плиты и допускает эффекты фотонного кристалла, такие как инженерная фотонная дисперсия в плите. Исследователи во всем мире ищут способы использовать пластины фотонных кристаллов в интегрированных компьютерных микросхемах, чтобы улучшить оптическую обработку связи - как внутри кристалла, так и между микросхемами. [ необходима цитата ]

Технология изготовления в автоклонировании, предложенная для фотонных кристаллов инфракрасного и видимого диапазонов Sato et al. в 2002 году используется электронно-лучевая литография и сухое травление : литографически сформированные слои периодических канавок накладываются друг на друга с помощью регулируемого напыления и травления, что приводит к «стационарным гофрам» и периодичности. Были произведены устройства из диоксида титана / диоксида кремния и пятиокиси тантала / диоксида кремния, используя их характеристики дисперсии и пригодность для напыления. [15]

Такие методы еще не получили коммерческого применения, но двумерные фотонные кристаллы коммерчески используются в фотонно-кристаллических волокнах [16] (также известных как дырявые волокна из-за воздушных отверстий, которые проходят через них). Фотонно-кристаллические волокна были впервые разработаны Филипом Расселом в 1998 году и могут быть разработаны так, чтобы обладать улучшенными свойствами по сравнению с (обычными) оптическими волокнами .

В трехмерных фотонных кристаллах исследования продвигались медленнее, чем в двумерных. Это связано с более сложным изготовлением. [16] Изготовление трехмерных фотонных кристаллов не имело унаследованных технологий полупроводниковой промышленности. Тем не менее, были предприняты попытки адаптировать некоторые из тех же методов, и были продемонстрированы довольно продвинутые примеры [17], например, в конструкции «деревянных штабелей», построенных на плоской послойной основе. Другое направление исследований - это попытка построить трехмерные фотонные структуры путем самосборки - по существу, позволяя смеси диэлектрических наносфер оседать из раствора в трехмерно-периодические структуры, имеющие фотонную запрещенную зону. Василий АстратовГруппа ученых из Института Иоффе в 1995 г. осознала, что природные и синтетические опалы представляют собой фотонные кристаллы с неполной запрещенной зоной. [18] Первая демонстрация структуры «обратного опала» с полной фотонной запрещенной зоной была проведена в 2000 году исследователями из Университета Торонто, Канада, и Института материаловедения Мадрида (ICMM-CSIC), Испания. [19] Постоянно расширяющаяся область биомиметики - изучение природных структур с целью лучшего понимания и использования их в дизайне - также помогает исследователям фотонных кристаллов. [20] [21] Например, в 2006 году естественный фотонный кристалл был обнаружен в чешуе бразильского жука. [22]Аналогичным образом в 2012 г. кристаллическая структура алмаза была обнаружена у долгоносика [23] [24], а архитектура типа гироида - у бабочки. [25]

Стратегии строительства [ править ]

Метод изготовления зависит от количества измерений, в которых должна существовать фотонная запрещенная зона.

  • Примеры возможных структур фотонного кристалла в 1, 2 и 3 измерениях

  • Сравнение 1D, 2D и 3D структур фотонного кристалла (слева направо соответственно).

  • Схема одномерной фотонно-кристаллической структуры, состоящей из чередующихся слоев материала с высокой диэлектрической постоянной и материала с низкой диэлектрической проницаемостью. Эти слои обычно имеют толщину в четверть длины волны.

  • 2D фотонно-кристаллическая структура в квадратном массиве.

  • Схема двумерного фотонного кристалла из круглых отверстий.

  • Трехмерный фотонный кристалл со структурой поленницы. Эти структуры имеют трехмерную запрещенную зону для всех поляризаций.

Одномерные фотонные кристаллы [ править ]

В одномерном фотонном кристалле слои с разной диэлектрической проницаемостью могут быть нанесены или склеены вместе, чтобы образовать запрещенную зону в одном направлении. Брэгговская решетка является примером такого типа фотонного кристалла. Одномерные фотонные кристаллы могут быть изотропными или анизотропными, причем последние могут быть использованы в качестве оптического переключателя . [26]

Одномерный фотонный кристалл может образовываться как бесконечное количество параллельных чередующихся слоев, заполненных метаматериалом и вакуумом. [27] Это создает идентичные структуры фотонной запрещенной зоны (PBG) для TE и TM мод .

Недавно исследователи изготовили брэгговскую решетку на основе графена (одномерный фотонный кристалл) и продемонстрировали, что она поддерживает возбуждение поверхностных электромагнитных волн в периодической структуре, используя He-Ne-лазер с длиной волны 633 нм в качестве источника света. [28] Кроме того, был предложен новый тип одномерного графен-диэлектрического фотонного кристалла. Эта структура может действовать как фильтр дальней инфракрасной области спектра и может поддерживать поверхностные плазмоны с низкими потерями для волноводов и датчиков. [29] Одномерные фотонные кристаллы, легированные биоактивными металлами (например, серебром ), также были предложены в качестве сенсорных устройств для бактериальных загрязнителей. [30]Подобные планарные одномерные фотонные кристаллы из полимеров использовались для обнаружения паров летучих органических соединений в атмосфере. [31] [32] В дополнение к твердофазным фотонным кристаллам, некоторые жидкие кристаллы с определенным упорядочением могут демонстрировать фотонный цвет. [33] Например, исследования показали, что несколько жидких кристаллов с коротким или дальним одномерным позиционным упорядочением могут образовывать фотонные структуры. [33]

Двумерные фотонные кристаллы [ править ]

В двух измерениях отверстия могут быть просверлены в подложке, прозрачной для длины волны излучения, которую запрещенная зона предназначена для блокировки. Успешно применяются треугольные и квадратные решетки отверстий.

Холи волокно или фотонный кристалл волокно может быть сделано путем принятия цилиндрических стержней из стекла в гексагональной решетке, а затем нагревание и растягивая их, треугольник, как межэлектродных зазоры между стеклянными стержнями сталью отверстием, удерживающими режимами.

Трехмерные фотонные кристаллы [ править ]

Было построено несколько структурных типов: [34]

  • Сферы в алмазной решетке
  • Яблоновец
  • Конструкция поленницы - «стержни» неоднократно протравливается лучевой литографией , заливается и покрывается слоем нового материала. По мере повторения процесса каналы, протравленные в каждом слое, перпендикулярны нижнему слою и параллельны каналам двумя нижними слоями и не в фазе с ними. Процесс повторяется до тех пор, пока конструкция не приобретет желаемую высоту. Затем заполняющий материал растворяется с помощью агента, который растворяет заполняющий материал, но не осаждаемый материал. В эту структуру, как правило, сложно внести дефекты.
  • Обратные опалы или обратные коллоидные кристаллы - сферы (такие как полистирол или диоксид кремния ) могут осаждаться в кубической плотноупакованной решетке, суспендированной в растворителе . Затем вводится отвердитель, который делает прозрачное твердое вещество из объема, занимаемого растворителем. Затем сферы растворяют в кислоте, такой как соляная кислота . Коллоиды могут быть сферическими [19] или несферическими. [35] [36] [37] [38] содержит более 750 000 полимерных наностержней. [ требуется разъяснение ]Свет, сфокусированный на этом светоделителе, проникает или отражается, в зависимости от поляризации. [39] [40]
Фотонно-кристаллическое волокно. СЭМ- изображения волокна, произведенного в США NRL . (слева) Диаметр твердой сердцевины в центре волокна составляет 5 мкм, а (справа) диаметр отверстий составляет 4 мкм. Источник: http://www.nrl.navy.mil/techtransfer/fs.php?fs_id=97
СЭМ изображение самоорганизующейся ПММА фотонного кристалла в двух измерениях

Фотонно-кристаллические полости [ править ]

Не только запрещенная зона, фотонные кристаллы могут иметь другой эффект, если мы частично устраним симметрию путем создания полости наноразмеров . Этот дефект позволяет направлять или улавливать свет с той же функцией, что и нанофотонный резонатор, и он характеризуется сильной диэлектрической модуляцией в фотонных кристаллах. [41] Для волновода распространение света зависит от контроля в плоскости, обеспечиваемого фотонной запрещенной зоной, и от длительного удержания света, вызванного диэлектрическим рассогласованием. Для световой ловушки свет сильно ограничен в полости, что приводит к дальнейшему взаимодействию с материалами. Во-первых, если мы поместим импульс света внутрь полости, он будет задержан на нано- или пикосекунды, и это пропорциональнодобротность полости. Наконец, если мы поместим излучатель внутрь резонатора, излучение света также может быть значительно усилено, и или даже резонансная связь может проходить через колебания Раби. Это связано с квантовой электродинамикой резонатора, и взаимодействия определяются слабой и сильной связью эмиттера и резонатора. Первые исследования резонатора в одномерных фотонных пластинах обычно проводятся в решетчатых [42] или распределенных структурах обратной связи . [43] Для двумерных фотонно-кристаллических резонаторов [44] [45] [46]они полезны для создания эффективных фотонных устройств в телекоммуникационных приложениях, поскольку они могут обеспечить очень высокий коэффициент качества до миллионов при объеме моды, меньшей длины волны . Для трехмерных фотоннокристаллических полостей, несколько методов были разработаны в том числе литографического слоя за слоем подхода, [47] Поверхность ионного пучка литографии , [48] и микроманипуляция техник. [49] Все упомянутые фотонно-кристаллические полости, которые плотно ограничивают свет, предлагают очень полезную функциональность для интегральных фотонных схем, но сложно создать их таким образом, чтобы их можно было легко перемещать. [50]Нет полного контроля над созданием резонатора, расположением резонатора и положением излучателя относительно максимального поля резонатора, пока исследования для решения этих проблем все еще продолжаются. Подвижная полость нанопроволоки в фотонных кристаллах - одно из решений для адаптации этого взаимодействия световой материи. [51]

Проблемы изготовления [ править ]

Изготовление фотонных кристаллов больших размеров сталкивается с двумя основными проблемами:

  • Изготовление их с достаточной точностью, чтобы предотвратить потери на рассеяние, размывающие свойства кристалла.
  • Разработка процессов, которые могут надежно массово производить кристаллы

Одним из многообещающих методов изготовления двухмерно-периодических фотонных кристаллов является фотонно-кристаллическое волокно , такое как дырчатое волокно . Используя методы вытяжки волокна, разработанные для коммуникационного волокна, оно удовлетворяет этим двум требованиям, и фотонно-кристаллические волокна коммерчески доступны. Другой перспективный метод создания двумерных фотонных кристаллов - это так называемая фотонная кристаллическая пластина. Эти структуры состоят из пластины материала, такого как кремний, на который можно нанести рисунок с использованием технологий, применяемых в полупроводниковой промышленности. Такие чипы дают возможность сочетать фотонную обработку с электронной обработкой на одном чипе.

Для трехмерных фотонных кристаллов использовались различные методы, включая фотолитографию и методы травления, аналогичные тем, которые используются для интегральных схем . [17] Некоторые из этих методов уже коммерчески доступны. Чтобы избежать сложного механизма нанотехнологических методов , некоторые альтернативные подходы включают выращивание фотонных кристаллов из коллоидных кристаллов в виде самоорганизующихся структур.

Массовые трехмерные фотонно-кристаллические пленки и волокна теперь могут быть произведены с использованием технологии сборки сдвигом, при которой сферы коллоидного полимера размером 200–300 нм складываются в идеальные пленки с ГЦК- решеткой. Поскольку частицы имеют более мягкое прозрачное резиновое покрытие, пленки можно растягивать и формовать, настраивая фотонную запрещенную зону и создавая поразительные структурные цветовые эффекты.

Вычисление структуры фотонной зоны [ править ]

Фотонная запрещенная зона (PBG) - это, по сути, зазор между воздушной линией и диэлектрической линией в дисперсионном соотношении системы PBG. Для проектирования систем на фотонных кристаллах важно спроектировать расположение и размер запрещенной зоны путем компьютерного моделирования с использованием любого из следующих методов:

Воспроизвести медиа
Видеомоделирование сил и полей рассеяния в структуре фотонного кристалла [52]
  • Метод расширения плоской волны
  • Метод конечных элементов
  • Конечных разностей во временной области методом
  • Спектральный метод порядка n [53] [54]
  • KKR метод
  • Волна Блоха - метод MoM
  • Построение ленточной диаграммы [55]

По сути, эти методы определяют частоты (нормальные моды) фотонного кристалла для каждого значения направления распространения, заданного волновым вектором, или наоборот. Различные линии в полосовой структуре соответствуют различным случаям n , индекса полосы. Для введения в фотонную зонную структуру см. Книги К. Сакоды [56] и Джоаннопулоса [41] .

Зонная структура одномерного фотонного кристалла, воздушная сердцевина РБО, рассчитанная с использованием метода расширения плоских волн с 101 плоской волной, для d / a = 0,8 и диэлектрического контраста 12,250.

Метод расширения плоских волн можно использовать для расчета зонной структуры с использованием собственной формулировки уравнений Максвелла и, таким образом, решения для собственных частот волновых векторов для каждого из направлений распространения. Это непосредственно решает диаграмму дисперсии. Значения напряженности электрического поля также могут быть рассчитаны в пространственной области задачи с использованием собственных векторов той же задачи. Для изображения, показанного справа, соответствует зонной структуре одномерного распределенного брэгговского отражателя ( DBR ) с воздушной сердцевиной, перемежающейся диэлектрическим материалом с относительной диэлектрической проницаемостью 12,25, и отношением периода решетки к толщине воздушной сердцевины (d / a) 0,8, решается с использованием 101 плоской волны над первой неприводимой зоной Бриллюэна.

Чтобы ускорить расчет структуры полосы частот, можно использовать метод сокращенного расширения блоховского режима (RBME) . [57] Метод RBME применяется «поверх» любого из упомянутых выше основных методов расширения. Для моделей больших элементарных ячеек метод RBME может сократить время расчета зонной структуры до двух порядков.

Приложения [ править ]

Фотонные кристаллы - это привлекательные оптические материалы для управления световым потоком и управления им. Одномерные фотонные кристаллы уже широко используются в виде тонкопленочной оптики , от покрытий с низким и высоким отражением на линзах и зеркалах до красок и красок, меняющих цвет . [58] [59] [38] Высокомерные фотонные кристаллы представляют большой интерес как для фундаментальных, так и для прикладных исследований, а двумерные кристаллы начинают находить коммерческое применение.

Первые коммерческие продукты, включающие двухмерно-периодические фотонные кристаллы, уже доступны в форме фотонно-кристаллических волокон , в которых используется микромасштабная структура для ограничения света с кардинально отличающимися характеристиками по сравнению с обычным оптическим волокном для применения в нелинейных устройствах и для передачи экзотических длин волн. Трехмерные аналоги еще далеки от коммерциализации, но могут предлагать дополнительные функции, такие как оптическая нелинейность, необходимая для работы оптических транзисторов, используемых в оптических компьютерах , когда некоторые технологические аспекты, такие как технологичность и основные трудности, такие как беспорядок, находятся под контролем [60] . [цитата необходима ]

В дополнение к вышесказанному, фотонные кристаллы были предложены в качестве платформы для разработки солнечных элементов [61] и оптических датчиков [62], включая биосенсоры. [63]

См. Также [ править ]

  • Окраска животных
  • Отражатели для животных
  • Коллоидный кристалл
  • Материал для левшей
  • Метаматериал
  • Наноматериалы  - материалы с размером гранул от 1 до 100 нм.
  • Нанотехнология  - область прикладной науки, тема которой - контроль над материей в атомном и (над) молекулярном масштабе.
  • Оптическая среда
  • Фотонно-кристаллическое волокно
  • Фотонные метаматериалы
  • Структурная окраска  - Цвет живых существ, вызванный интерференционными эффектами.
  • Superlens
  • Суперпризма
  • Тонкопленочная оптика  - раздел оптики, который имеет дело с очень тонкими структурированными слоями из различных материалов.
  • Настраиваемые метаматериалы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Proietti Захария, Remo (2016). «Цвет крыла бабочки: демонстрация фотонного кристалла». Оптика и лазеры в технике . 76 : 70–3. Bibcode : 2016OptLE..76 ... 70P . DOI : 10.1016 / j.optlaseng.2015.04.008 .
  2. ^ Биро, LP; Kertész, K; Вертези, Z; Márk, GI; Bálint, Zs; Lousse, V; Виньерон, Дж. П. (2007). «Живые фотонные кристаллы: чешуя бабочки - наноструктура и оптические свойства». Материалы Наука и техника: C . 27 (5–8): 941–6. DOI : 10.1016 / j.msec.2006.09.043 .
  3. ^ Хван, Дэ-Куэ; Ли, Бёнхонг; Ким, Дэ-Хван (2013). «Повышение эффективности твердого сенсибилизированного красителем солнечного элемента с помощью трехмерного фотонного кристалла» . RSC Advances . 3 (9): 3017–23. DOI : 10.1039 / C2RA22746K . S2CID 96628048 . 
  4. ^ a b Яблонович, Эли (1987). «Ингибированное спонтанное излучение в физике твердого тела и электронике» . Письма с физическим обзором . 58 (20): 2059–62. Bibcode : 1987PhRvL..58.2059Y . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.58.2059 . PMID 10034639 . 
  5. ^ Джон, Саджив (1987). «Сильная локализация фотонов в некоторых неупорядоченных диэлектрических сверхрешетках» . Письма с физическим обзором . 58 (23): 2486–9. Bibcode : 1987PhRvL..58.2486J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.58.2486 . PMID 10034761 . 
  6. ^ Линдли, Дэвид (2013-08-23). «В фокусе: вехи - рождение фотонных кристаллов». Физика . 6 . DOI : 10.1103 / Physics.6.94 .
  7. Перейти ↑ Rayleigh, Lord (2009). «XXVI. О замечательном явлении кристаллического отражения, описанном профессором Стоксом» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 26 (160): 256–65. DOI : 10.1080 / 14786448808628259 .
  8. ^ Мелвин М. Вайнер, "Системы и компоненты для использования электромагнитных волн в дискретных фазоупорядоченных средах", патент США 3765773, 16 октября 1973 г. (подана 5 октября 1970 г.).
  9. ^ Чарльз Гальтон Дарвин, "Теория отражения рентгеновских лучей", Фил. Mag., Т. 27, стр. 315-333, февраль 1914 г., стр. 675-690, апрель 1914 г.
  10. ↑ Быков, В. П (1972). «Спонтанное излучение в периодической структуре». Советский журнал экспериментальной и теоретической физики . 35 : 269. Bibcode : 1972JETP ... 35..269B .
  11. ↑ Быков, Владимир П (1975). «Спонтанное излучение среды с полосным спектром». Советский журнал квантовой электроники . 4 (7): 861–871. Bibcode : 1975QuEle ... 4..861B . DOI : 10.1070 / QE1975v004n07ABEH009654 .
  12. ^ Ohtaka, K (1979). «Энергетический пояс фотонов и дифракция фотонов низких энергий». Physical Review B . 19 (10): 5057–67. Bibcode : 1979PhRvB..19.5057O . DOI : 10.1103 / PhysRevB.19.5057 .
  13. ↑ Яблонович, E; Гмиттер, Т; Леунг, К. (1991). «Фотонная зонная структура: гранецентрированный кубический случай с использованием несферических атомов» . Письма с физическим обзором . 67 (17): 2295–2298. Bibcode : 1991PhRvL..67.2295Y . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.67.2295 . PMID 10044390 . 
  14. ^ Краусс, Томас Ф .; Рю, Ричард М. Де Ла; Брэнд, Стюарт (1996), "Двумерные фотонно-запрещенные структуры, работающие в ближнем инфракрасном диапазоне", Nature , 383 (6602): 699–702, Bibcode : 1996Natur.383..699K , doi : 10.1038 / 383699a0 , S2CID 4354503 
  15. ^ Сато, Т .; Миура, К .; Ишино, Н .; Ohtera, Y .; Tamamura, T .; Каваками, С. (2002). «Фотонные кристаллы видимого диапазона, изготовленные методом автоклонирования, и их применение». Оптическая и квантовая электроника . 34 : 63–70. DOI : 10,1023 / A: 1013382711983 . S2CID 117014195 . 
  16. ^ a b Jennifer Ouellette (2002), "Seeing the Future in Photonic Crystals" (PDF) , The Industrial Physicist , 7 (6): 14–17, заархивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2011 г.
  17. ^ a b Обзор: С. Джонсон (Массачусетский технологический институт) Лекция 3: Технологии изготовления трехмерных фотонных кристаллов, обзор
  18. ^ Астратов, В. Н; Богомолов, В. Н; Каплянский, А. А; Прокофьев, А. В; Самойлович, Л. А; Самойлович, С. М; Власов, Ю. А (1995). «Оптическая спектроскопия опаловых матриц с внедренным в поры CdS: квантовое ограничение и эффекты фотонной запрещенной зоны». Il Nuovo Cimento D . 17 (11–12): 1349–54. Bibcode : 1995NCimD..17.1349A . DOI : 10.1007 / bf02457208 . S2CID 121167426 . 
  19. ^ а б Бланко, Альваро; Хомски, Эммануэль; Грабчак, Сергей; Ибисате, Марта; Джон, Саджив; Леонард, Стивен В; Лопес, Сефе; Месегер, Франсиско; Мигес, Эрнан; Мондиа, Джессика П.; Озин, Джеффри А; Тоадер, Овидиу; Ван Дриэль, Генри М (2000). «Крупномасштабный синтез фотонного кристалла кремния с полной трехмерной запрещенной зоной около 1,5 микрометра». Природа . 405 (6785): 437–40. Bibcode : 2000Natur.405..437B . DOI : 10.1038 / 35013024 . PMID 10839534 . S2CID 4301075 .  
  20. ^ Колле, Матиас (2011), «Фотонные структуры, вдохновленные природой» , Фотонные структуры, вдохновленные природой , Тезисы Спрингера (1-е изд.), Springer, Bibcode : 2011psin.book ..... K , doi : 10.1007 / 978- 3-642-15169-9 , ISBN 978-3-642-15168-2[ требуется страница ]
  21. ^ Макфедран, Росс C; Паркер, Эндрю Р. (2015). «Биомиметика: уроки оптики из школы природы». Физика сегодня . 68 (6): 32. Bibcode : 2015PhT .... 68f..32M . DOI : 10.1063 / PT.3.2816 .
  22. ^ Галуша, Джереми W; Ричи, Лорен Р.; Гарднер, Джон С; Ча, Дженнифер Н; Бартл, Майкл H (2008). «Открытие структуры фотонного кристалла на основе алмаза в чешуе жука». Physical Review E . 77 (5): 050904. Bibcode : 2008PhRvE..77e0904G . DOI : 10.1103 / PhysRevE.77.050904 . PMID 18643018 . 
  23. ^ Уилтс, Б. Д; Михильсен, К; Kuipers, J; De Raedt, H; Ставенга, Д. Г. (2012). «Блестящий камуфляж: фотонные кристаллы в алмазном долгоносике Entimus imperialis» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 279 (1738): 2524–30. DOI : 10.1098 / rspb.2011.2651 . PMC 3350696 . PMID 22378806 .  
  24. ^ Уилтс, Б. Д; Михильсен, К; De Raedt, H; Ставенга, Д. Г. (2011). "Полусферическое изображение зоны Бриллюэна биологического фотонного кристалла алмаза" . Журнал Интерфейса Королевского общества . 9 (72): 1609–14. DOI : 10,1098 / rsif.2011.0730 . PMC 3367810 . PMID 22188768 .  
  25. ^ Уилтс, Б. Д; Михильсен, К; De Raedt, H; Ставенга, Д. Г. (2011). «Радужность и спектральная фильтрация фотонных кристаллов гироидного типа в чешуях крыла Parides sesostris» . Интерфейсный фокус . 2 (5): 681–7. DOI : 10,1098 / rsfs.2011.0082 . PMC 3438581 . PMID 24098853 .  
  26. ^ Цао, Y; Шенк, Дж. О; Фидди, М. А (2008). «Нелинейный эффект третьего порядка вблизи вырожденного края зоны». Письма по оптике и фотонике . 1 (1): 1–7. DOI : 10.1142 / S1793528808000033 .
  27. ↑ Правдин, К.В. Попов, И.Ю. (2014). «Фотонный кристалл со слоями материала с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Наносистемы: физика, химия, математика . 5 (5): 626–643.
  28. ^ Sreekanth, Kandammathe Valiyaveedu; Цзэн, Шувен; Шан, Цзинчжи; Йонг, Кен-Тай; Ю, Тинг (2012). «Возбуждение поверхностных электромагнитных волн в брэгговской решетке на основе графена» . Научные отчеты . 2 : 737. Bibcode : 2012NatSR ... 2E.737S . DOI : 10.1038 / srep00737 . PMC 3471096 . PMID 23071901 .  
  29. ^ Hajian, H; Солтани-Вала, А; Калафи, М. (2013). «Характеристики зонной структуры и поверхностных плазмонов, поддерживаемых одномерным графен-диэлектрическим фотонным кристаллом». Оптика Коммуникации . 292 : 149–57. Bibcode : 2013OptCo.292..149H . DOI : 10.1016 / j.optcom.2012.12.002 .
  30. ^ Патерно, Джузеппе Мария; Москарди, Лилиана; Донини, Стефано; Ариоданти, Давиде; Кригель, Илка; Зани, Маурицио; Паризини, Эмилио; Скотогнелла, Франческо; Ланзани, Гульельмо (13.08.2019). «Гибридные одномерные плазмонно-фотонные кристаллы для оптического обнаружения бактериальных загрязнителей». Журнал писем по физической химии . 10 (17): 4980–4986. arXiv : 1905.02251 . DOI : 10.1021 / acs.jpclett.9b01612 . PMID 31407906 . 
  31. ^ Лова, Паола; Манфреди, Джованни; Бастианини, Кьяра; Меннуччи, Карло; Буатье де Монжео, Франческо; Сервида, Альберто; Коморетто, Давиде (8 мая 2019 г.). "Фотонные сенсоры Флори-Хаггинса для оптической оценки коэффициентов молекулярной диффузии в полимерах". Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 11 (18): 16872–16880. DOI : 10.1021 / acsami.9b03946 . ЛВП : 11567/944562 . ISSN 1944-8244 . PMID 30990014 .  
  32. ^ Гао, Шуай; Тан, Сяофэн; Лангнер, Стефан; Освет, Андрес; Харрайс, Кристина; Барр, Майсса К.С.; Шпикер, Эрдманн; Бахманн, Жюльен; Brabec, Christoph J .; Форберих, Карен (24 октября 2018 г.). "Анализ с временным разрешением диэлектрических зеркал для измерения паров". Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 10 (42): 36398–36406. DOI : 10.1021 / acsami.8b11434 . ISSN 1944-8244 . PMID 30264555 .  
  33. ^ а б Цзэн, Миньсян; Король, Даниил; Хуанг, Дали; Делай, Чану; Ван, Линг; Чен, Минфэн; Лэй, Шицзюнь; Линь, Пэнчэн; Чен, Инь; Чэн, Чжэндун (10.09.2019). «Радужность в нематиках: фотонные жидкие кристаллы нанопластин при отсутствии дальнодействующей периодичности» . Труды Национальной академии наук . 116 (37): 18322–18327. DOI : 10.1073 / pnas.1906511116 . ISSN 0027-8424 . PMC 6744873 . PMID 31444300 .   
  34. ^ http://ab-initio.mit.edu/book/photonic-crystals-book.pdf [ требуется полная ссылка ] [ постоянная мертвая ссылка ]
  35. ^ Hosein, I. D; Ghebrebrhan, M; Joannopoulos, J.D; Лидделл, К. М. (2010). "Анизотропия формы димера: несферический коллоидный подход к всенаправленной фотонной запрещенной зоне". Ленгмюра . 26 (3): 2151–9. DOI : 10.1021 / la902609s . PMID 19863061 . 
  36. ^ Хосейн, Ян Д; Ли, Стефани Х; Лидделл, Чекеша М (2010). «Трехмерные фотонные кристаллы на основе димеров». Современные функциональные материалы . 20 (18): 3085–91. DOI : 10.1002 / adfm.201000134 .
  37. ^ Хосейн, Ян Д; Джон, Беттина С; Ли, Стефани Х; Эскобедо, Фернандо А; Лидделл, Чекеша М (2009). «Вращатель и кристаллические пленки viaself-сборки короткозамкнутых коллоидных димеров». J. Mater. Chem . 19 (3): 344–9. DOI : 10.1039 / B818613H .
  38. ^ а б Васанта, Вивек Арджунан; Русли, Венди; Цзюньхуэй, Чен; Венгуан, Чжао; Шрикант, Кандамматх Валияведу; Сингх, Ранджан; Партхибан, Анбанандам (2019-08-29). «Высоко монодисперсные цвиттерионно-функционализированные несферические полимерные частицы с регулируемой радужностью» . RSC Advances . 9 (47): 27199–27207. DOI : 10.1039 / C9RA05162G . ISSN 2046-2069 . 
  39. ^ "Оптические вычисления получают подъем на крыльях бабочки" . www.gizmag.com . 2013-09-17.
  40. ^ Тернер, Марк D; Саба, Матиас; Чжан, Цимин; Камминг, Бенджамин П.; Schröder-Turk, Gerd E; Гу, Мин (2013). «Миниатюрный хиральный светоделитель на основе гироидных фотонных кристаллов». Природа Фотоника . 7 (10): 801. Bibcode : 2013NaPho ... 7..801T . DOI : 10.1038 / nphoton.2013.233 .
  41. ^ а б Джон Д. Джоаннопулос; Джонсон С.Г .; Winn JN; Мид Р.Д. (2008), «Фотонные кристаллы: формирование потока света» , « Фотонные кристаллы: формирование потока света» (2-е изд.), Bibcode : 2008pcmf.book ..... J , ISBN 978-0-691-12456-8[ требуется страница ]
  42. Перейти ↑ Popov, E (1993). «II. Дифракция света решетками Relife: макро- и микроскопический взгляд». Прогресс в оптике . 31 (1): 139–187. DOI : 10.1016 / S0079-6638 (08) 70109-4 . ISBN 9780444898364.
  43. ^ Фудзита, Т; Сато, Y; Kuitani, T; Исихара, Т. (1998). «Настраиваемое поляритонное поглощение микрополостей с распределенной обратной связью при комнатной температуре». Phys. Rev. B . 57 (19): 12428–12434. DOI : 10.1103 / PhysRevB.57.12428 .
  44. ^ Художник, О; Ли, Р. К.; Шерер, А; Ярив, А; О'Брайен, Дж. Д.; Дапкус П.Д .; Ким, я (1999). "Лазер с двумерным фотонным дефектом запрещенной зоны". Наука . 284 (5421): 1819–1821. DOI : 10.1126 / science.284.5421.1819 . PMID 10364550 . 
  45. ^ Нода, S; Чутинан, А; Имада, М. (2000). «Захват и испускание фотонов одиночным дефектом в фотонной запрещенной структуре». Природа . 407 (1): 608–610. DOI : 10.1038 / 35036532 . PMID 11034204 . S2CID 4380581 .  
  46. ^ Танабэ, Т; Notomi, M; Kuramochi, E; Шинья, А; Танияма, Х (2007). «Захват и задержка фотонов на одну наносекунду в сверхмалой фотонно-кристаллической нанополости с высокой добротностью». Природа Фотоника . 1 (1): 49–52. DOI : 10.1038 / nphoton.2006.51 . S2CID 122218274 . 
  47. ^ Ци, М; Лидорикис, Э; Ракич, П. Т; Джонсон, С.Г .; Ippen, E.P; Смит, Х. Я (2004). «Трехмерный оптический фотонный кристалл с заданными точечными дефектами». Природа . 429 (1): 538–542. DOI : 10,1038 / природа02575 . PMID 15175746 . S2CID 4389158 .  
  48. ^ Ринне, S. A; Гарсия-Сантамария, Франция; Браун, П. В. (2008). «Встроенные резонаторы и волноводы в трехмерных фотонных кристаллах кремния». Природа Фотоника . 2 (1): 52–56. DOI : 10.1038 / nphoton.2007.252 .
  49. ^ Аоки, K; Guimard, D; Нисиока, М; Номура, М; Ивамото, S; Аракава, Y (2008). «Связь излучения квантовых точек с трехмерной фотонно-кристаллической нанополостью». Природа Фотоника . 2 (1): 688–692. DOI : 10.1038 / nphoton.2008.202 .
  50. ^ Вон, R (2014). «Мобильные высокодобротные нанорезонаторы». Природа Фотоника . 8 (1): 351. DOI : 10.1038 / nphoton.2014.103 .
  51. ^ Бировосуто, М. Д.; Йоку, А; Чжан, G; Татено, К; Kuramochi, E; Танияма, H; Нотоми, М (2014). «Подвижные высокодобротные нанорезонаторы, реализованные на основе полупроводниковых нанопроволок на платформе фотонного кристалла Si». Материалы природы . 13 (1): 279–285. arXiv : 1403,4237 . DOI : 10.1038 / nmat3873 . PMID 24553654 . S2CID 21333714 .  
  52. ^ Анг, Анджелина S; Сухов, Сергей В; Догариу, Аристид; Шалин, Александр С (2017). «Силы рассеяния внутри левостороннего фотонного кристалла» . Научные отчеты . 7 : 41014. Bibcode : 2017NatSR ... 741014A . DOI : 10.1038 / srep41014 . PMC 5253622 . PMID 28112217 .  
  53. ^ Ordejón, Пабло (1998). "Методы сильной связи порядка N для электронной структуры и молекулярной динамики". Вычислительное материаловедение . 12 (3): 157–91. DOI : 10.1016 / S0927-0256 (98) 00027-5 .
  54. ^ Ричард М. Мартин, Линейные методы масштабирования «порядок-N» в теории электронной структуры
  55. ^ "EM21 - EM Lab" . emlab.utep.edu .
  56. ^ К. Сакода, Оптические свойства фотонных кристаллов, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001
  57. Перейти ↑ Hussein, M. I (2009). «Уменьшенное расширение мод Блоха для расчета периодической структуры полосы среды». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 465 (2109): 2825–48. arXiv : 0807.2612 . Bibcode : 2009RSPSA.465.2825H . DOI : 10.1098 / rspa.2008.0471 . JSTOR 30243411 . S2CID 118354608 .  
  58. ↑ Ли, Хе Су; Шим, Тае Суп; Хван, Херим; Ян, Сын-Ман; Ким, Шин-Хён (09.07.2013). «Коллоидные фотонные кристаллы к структурным палитрам цвета для защитных материалов» . Химия материалов . 25 (13): 2684–2690. DOI : 10.1021 / cm4012603 . ISSN 0897-4756 . 
  59. ^ Ким, Чон Бин; Ли, Сын Ёль; Ли, Чон Мин; Ким, Шин-Хён (24.04.2019). «Создание структурно-цветных паттернов, состоящих из коллоидных массивов». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 11 (16): 14485–14509. DOI : 10.1021 / acsami.8b21276 . ISSN 1944-8244 . PMID 30943000 .  
  60. ^ Нельсон, E .; Dias, N .; Bassett, K .; Dunham, Simon N .; Верма, Варун; Мияке, Масао; Вильциус, Пьер; Роджерс, Джон А .; Коулман, Джеймс Дж .; Ли, Сюлин; Браун, Пол В. (2011). «Эпитаксиальный рост оптоэлектронных устройств с трехмерной архитектурой». Материалы природы . Springer Nature Limited. 10 (9): 676–681. DOI : 10.1038 / nmat3071 . ISSN 1476-4660 . PMID 21785415 .  
  61. ^ Лю, Вэй; Ма, приветствую; Уолш, Анника (2019). «Развитие фотоэлементов на фотонных кристаллах». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . ScienceDirect / Elsevier. 116 : 109436. DOI : 10.1016 / j.rser.2019.109436 .
  62. ^ Наир, Раджеш; Виджая, Рамарао (май 2010 г.). «Фотонно-кристаллические сенсоры: обзор». Прогресс в квантовой электронике . 34 (3): 89–134. DOI : 10.1016 / j.pquantelec.2010.01.001 .
  63. ^ Дивья, J; Сальвендран, S; Шиванта Раджа, А (2019). «Оптический биосенсор на основе фотонного кристалла: краткое исследование». Лазерная физика . ВГД Наука / Астро ООО 28 (6): 066206. DOI : 10,1088 / 1555-6611 / aab7d2 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Бизнес-отчет о фотонных кристаллах в метаматериалах - см. Также Объем и аналитик
  • Учебные пособия по фотонным кристаллам от профессора С. Джонсона из Массачусетского технологического института
  • Фотонные кристаллы введение
  • Плащ-невидимка, созданный в 3-D; Фотонные кристаллы ( BBC )