光子禁帶

　　背景

　　20世紀(jì)80年代末，人們發(fā)現(xiàn)光在一種介電常量周期變化的空間介質(zhì)中傳播時，某些頻率的光不能透過，即出現(xiàn)光子的頻率禁帶．之后“光子晶體”。這一嶄新的概念便出現(xiàn)在光學(xué)領(lǐng)域。光子晶體是一種折射率周期排列的合成材料，其主要特征就是存在光子禁帶。在禁帶中，某些頻率范圍的光不能透過；而在某些頻率范圍內(nèi)的光是可以透過的。因此，光子晶體既可以是光子的絕緣體，又可以是光子的良導(dǎo)體。作為一種新興的人工微結(jié)構(gòu)材料，光子晶體是光學(xué)領(lǐng)域技術(shù)突破性進步的關(guān)鍵。

　　光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計和制造的晶體。與半導(dǎo)體晶格對電子波函數(shù)的調(diào)制相類似，光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長的電磁波---當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時，由于存在布拉格散射而受到調(diào)制，電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。

　　特征

　　光子帶隙是光子晶體最重要的特征。光子晶體具有和半導(dǎo)體相似的結(jié)構(gòu)，只是將半導(dǎo)體中周期變化的原子變成了周期變化的兩種不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料。和半導(dǎo)體材料一樣，介電常數(shù)的周期性排列產(chǎn)生了一定的“勢場”，當(dāng)兩種材料的介電常數(shù)相差足夠大時，在電介質(zhì)界面上會出現(xiàn)布拉格散射，產(chǎn)生光子帶隙，能量落在帶隙處的光將不能傳播。 兩種介質(zhì)材料的介電常數(shù)比 （或折射率比） 越大，布拉格散射越強烈，就越有可能出現(xiàn)光子帶隙。光子帶隙可以分為完全帶隙與不完全帶隙。所謂完全帶隙，是指光在整個空間的所有傳播方向上都有帶隙，且每個方向上的禁帶能相互重疊；不完全帶隙，相應(yīng)于空間各個方向上的禁帶并不完全重疊，或只在特定的方向上有禁帶。