Cristallu fotonicu

Un cristalu fotònicu hè un materiale mudernu custituitu alternativamente di cellule elementari cù un indice di rifrazione altu è bassu è dimensioni paragunabili à a lunghezza d'onda di a luce da un intervallu spettrale datu. I cristalli fonichi sò usati in optoelettronica. Hè assumatu chì l'usu di un cristallu fotonicu permetterà, per esempiu. per cuntrullà a propagazione di una onda di luce è creanu opportunità per a creazione di circuiti integrati fotonici è sistemi ottici, è ancu di rete di telecomunicazioni cù una larghezza di banda enormi (di l'ordine di Pbps).

L'effettu di stu materiale nantu à a strada di a luce hè simili à l'effettu di una griglia nantu à u muvimentu di l'elettroni in un cristallu semiconductor. Da quì u nome "cristalli fotonicu". A struttura di un cristallu fotonicu impedisce a propagazione di l'onda di luce in ellu in una certa gamma di lunghezze d'onda. Allora u cusì chjamatu photon gap. U cuncettu di creazione di cristalli fotonici hè statu creatu simultaneamente in 1987 in dui centri di ricerca di i Stati Uniti.

Eli Jablonovich di Bell Communications Research in New Jersey hà travagliatu nantu à i materiali per i transistori fotonici. Hè tandu ch'ellu hà inventatu u terminu "bandgap fotonicu". À u listessu tempu, Sajiv John di l'Università di Prieston, mentre travagliendu per migliurà l'efficienza di i laser utilizati in telecomunicazioni, hà scupertu u listessu gap. In u 1991, Eli Yablonovich hà ricevutu u primu cristallu fotonicu. In u 1997, un metudu di massa per ottene cristalli hè statu sviluppatu.

Un esempiu di un cristallu fotonicu tridimensionale naturali hè l'opale, un esempiu di a capa fotonica di l'ala di una farfalla di u genus Morpho. In ogni casu, i cristalli fotonici sò generalmente fatti artificialmente in laboratori da silicium, chì hè ancu poroso. Sicondu a so struttura, sò divisi in una, dui è tridimensionali. A struttura più simplice hè a struttura unidimensionale. I cristalli fotonici unidimensionali sò strati dielettrici cunnisciuti è longu utilizati, chì sò carattarizati da un coefficient di riflessione chì dipende da a lunghezza d'onda di a luce incidente. In fatti, questu hè un specchiu di Bragg, custituitu di parechje strati cù indici di rifrazione alti è bassi alternati. U specchiu Bragg funziona cum'è un filtru passaghju regulare, alcune frequenze sò riflesse mentre chì l'altri passanu. Se rotolate u specchiu Bragg in un tubu, avete una struttura bidimensionale.

Esempii di cristalli fotonici bidimensionali creati artificialmente sò fibre ottiche fotoniche è strati fotonici, chì, dopu à parechje mudificazioni, ponu esse aduprati per cambià a direzzione di un signalu luminoso à distanzi assai più chjuchi cà in sistemi ottichi integrati convenzionali. Attualmente, ci sò dui metudi di mudeli di cristalli fotonici.

первый - PWM (metudu di l'onda piana) si riferisce à strutture uni è bidimensionali è implica u calculu di equazioni teorichi, cumprese l'equazioni di Bloch, Faraday è Maxwell. U sicondu U metudu di mudeli di strutture di fibra ottica hè u metudu FDTD (Finite Difference Time Domain), chì cunsiste à risolve l'equazioni di Maxwell cù una dependenza di u tempu per u campu elettricu è u campu magneticu. Questu permette di fà esperimenti numerichi nantu à a propagazione di onde elettromagnetiche in strutture cristalline date. In u futuru, questu duverà permette di ottene sistemi fotonici cù dimensioni paragunabili à quelli di i dispositi microelettronici utilizati per cuntrullà a luce.

Alcune applicazioni di u cristallu fotonicu:

• specchi selettivi di risonatori laser,
• laser di feedback distribuitu,
• Fibre fotoniche (fibre di cristalli fotonici), filamenti e planari,
• Semicondutturi fotonici, pigmenti ultra-bianchi,
• LED cù efficienza aumentata, Microresonators, Metamaterials - materiali mancini,
• Test à banda larga di i dispositi fotonici,
• spettroscopia, interferometria o tomografia di coherenza ottica (OCT) - utilizendu un forte effettu di fase.