Ֆոտոնային բյուրեղյա

Ֆոտոնային բյուրեղը ժամանակակից նյութ է, որը բաղկացած է տարրական բջիջներից՝ բարձր և ցածր բեկման ինդեքսով և չափերով, որոնք համեմատելի են տվյալ սպեկտրային տիրույթից լույսի ալիքի երկարության հետ: Ձայնային բյուրեղները օգտագործվում են օպտոէլեկտրոնիկայի մեջ։ Ենթադրվում է, որ ֆոտոնային բյուրեղի օգտագործումը թույլ կտա, օրինակ. վերահսկել լույսի ալիքի տարածումը և հնարավորություններ կստեղծի ֆոտոնիկական ինտեգրալ սխեմաների և օպտիկական համակարգերի, ինչպես նաև հսկայական թողունակությամբ (Pbps կարգի) հեռահաղորդակցության ցանցերի ստեղծման համար։

Այս նյութի ազդեցությունը լույսի ուղու վրա նման է կիսահաղորդչային բյուրեղի մեջ էլեկտրոնների շարժման վրա ցանցի ազդեցությանը: Այստեղից էլ առաջացել է «ֆոտոնիկ բյուրեղ» անվանումը։ Ֆոտոնային բյուրեղի կառուցվածքը կանխում է լույսի ալիքների տարածումը նրա ներսում ալիքների որոշակի տիրույթում։ Այնուհետեւ, այսպես կոչված, ֆոտոնային բացը: Ֆոտոնային բյուրեղների ստեղծման հայեցակարգը ստեղծվել է միաժամանակ 1987 թվականին ԱՄՆ երկու հետազոտական ​​կենտրոնում։

Էլի Յաբլոնովիչը Նյու Ջերսիում գտնվող Bell Communications Research-ից աշխատել է ֆոտոնային տրանզիստորների նյութերի վրա: Հենց այդ ժամանակ էլ նա հորինեց «ֆոտոնիկ ավազակ» տերմինը։ Միևնույն ժամանակ Փրիսթոնի համալսարանի Սաջիվ Ջոնը, հեռահաղորդակցության մեջ օգտագործվող լազերների արդյունավետությունը բարելավելու ընթացքում, նույն բացը հայտնաբերեց։ 1991 թվականին Էլի Յաբլոնովիչը ստացավ առաջին ֆոտոնային բյուրեղը։ 1997 թվականին մշակվել է բյուրեղների ստացման զանգվածային մեթոդ։

Բնության մեջ առկա եռաչափ ֆոտոնային բյուրեղի օրինակ է օպալը, Մորֆո սեռի թիթեռի թևի ֆոտոնային շերտի օրինակ։ Այնուամենայնիվ, ֆոտոնային բյուրեղները սովորաբար արհեստականորեն պատրաստվում են լաբորատորիաներում սիլիցիումից, որը նույնպես ծակոտկեն է: Ըստ իրենց կառուցվածքի՝ դրանք բաժանվում են մեկ, երկչափ և եռաչափ։ Ամենապարզ կառուցվածքը միաչափ կառուցվածքն է։ Միաչափ ֆոտոնային բյուրեղները հայտնի և երկար ժամանակ օգտագործվող դիէլեկտրիկ շերտեր են, որոնք բնութագրվում են անդրադարձման գործակիցով, որը կախված է ընկնող լույսի ալիքի երկարությունից։ Իրականում սա Բրեգի հայելին է՝ բաղկացած բազմաթիվ շերտերից՝ փոփոխվող բարձր և ցածր բեկման ինդեքսներով։ Բրեգի հայելին աշխատում է սովորական ցածր անցումային ֆիլտրի պես, որոշ հաճախականություններ արտացոլվում են, իսկ մյուսները՝ միջով: Եթե ​​Bragg հայելին գլորում եք խողովակի մեջ, ապա դուք ստանում եք երկչափ կառուցվածք:

Արհեստականորեն ստեղծված երկչափ ֆոտոնիկ բյուրեղների օրինակներ են ֆոտոնային օպտիկական մանրաթելերը և ֆոտոնիկ շերտերը, որոնք մի քանի փոփոխություններից հետո կարող են օգտագործվել լուսային ազդանշանի ուղղությունը փոխելու համար շատ ավելի փոքր հեռավորությունների վրա, քան սովորական ինտեգրված օպտիկայի համակարգերում: Ներկայումս ֆոտոնային բյուրեղների մոդելավորման երկու եղանակ կա.

первый – PWM (հարթ ալիքի մեթոդ) վերաբերում է մեկ և երկչափ կառույցներին և բաղկացած է տեսական հավասարումների հաշվարկից, ներառյալ Բլոխի, Ֆարադեյի, Մաքսվելի հավասարումները: Երկրորդ Օպտիկամանրաթելային կառուցվածքների մոդելավորման մեթոդը FDTD (Finite Difference Time Domain) մեթոդն է, որը բաղկացած է Մաքսվելի հավասարումների լուծումից՝ էլեկտրական դաշտի և մագնիսական դաշտի ժամանակային կախվածությամբ: Սա թույլ է տալիս թվային փորձեր իրականացնել էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման վերաբերյալ տվյալ բյուրեղային կառույցներում: Ապագայում դա պետք է հնարավորություն ընձեռի ձեռք բերել ֆոտոնային համակարգեր՝ լույսը կառավարելու համար օգտագործվող միկրոէլեկտրոնային սարքերի չափերով համեմատելի:

Ֆոտոնային բյուրեղների որոշ կիրառություններ.

• Լազերային ռեզոնատորների ընտրովի հայելիներ,
• բաշխված հետադարձ լազերներ,
• Ֆոտոնային մանրաթելեր (ֆոտոնիկ բյուրեղային մանրաթել), թելեր և հարթ,
• Ֆոտոնային կիսահաղորդիչներ, գերսպիտակ պիգմենտներ,
• Բարձրացված արդյունավետությամբ լուսադիոդներ, միկրոռեզոնատորներ, մետանյութեր՝ ձախ նյութեր,
• Ֆոտոնիկ սարքերի լայնաշերտ փորձարկում,
• սպեկտրոսկոպիա, ինտերֆերոմետրիա կամ օպտիկական համահունչ տոմոգրաֆիա (OCT) - օգտագործելով ուժեղ փուլային էֆեկտ: