Cristal fotônico

Um cristal fotônico é um material moderno que consiste alternadamente de células elementares com alto e baixo índice de refração e dimensões comparáveis ​​ao comprimento de onda da luz de uma determinada faixa espectral. Os cristais fônicos são usados ​​em optoeletrônica. Supõe-se que o uso de um cristal fotônico permitirá, por exemplo. controlar a propagação de uma onda de luz e criará oportunidades para a criação de circuitos integrados fotônicos e sistemas ópticos, bem como redes de telecomunicações com grande largura de banda (da ordem de Pbps).

O efeito desse material no caminho da luz é semelhante ao efeito de uma grade no movimento de elétrons em um cristal semicondutor. Daí o nome "cristal fotônico". A estrutura de um cristal fotônico impede a propagação de ondas de luz dentro dele em uma certa faixa de comprimentos de onda. Em seguida, o chamado intervalo de fótons. O conceito de criação de cristais fotônicos foi criado simultaneamente em 1987 em dois centros de pesquisa norte-americanos.

Eli Jablonovich da Bell Communications Research em Nova Jersey trabalhou em materiais para transistores fotônicos. Foi então que ele cunhou o termo "bandgap fotônico". Ao mesmo tempo, Sajiv John, da Universidade Prieston, enquanto trabalhava para melhorar a eficiência dos lasers usados ​​nas telecomunicações, descobriu a mesma lacuna. Em 1991, Eli Yablonovich recebeu o primeiro cristal fotônico. Em 1997, foi desenvolvido um método de massa para a obtenção de cristais.

Um exemplo de um cristal fotônico tridimensional de ocorrência natural é a opala, um exemplo da camada fotônica da asa de uma borboleta do gênero Morpho. No entanto, os cristais fotônicos geralmente são feitos artificialmente em laboratórios a partir de silício, que também é poroso. De acordo com sua estrutura, eles são divididos em unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. A estrutura mais simples é a estrutura unidimensional. Os cristais fotônicos unidimensionais são camadas dielétricas bem conhecidas e usadas há muito tempo, caracterizadas por um coeficiente de reflexão que depende do comprimento de onda da luz incidente. Na verdade, este é um espelho de Bragg, consistindo de muitas camadas com altos e baixos índices de refração alternados. O espelho Bragg funciona como um filtro passa-baixo regular, algumas frequências são refletidas enquanto outras são passadas. Se você enrolar o espelho Bragg em um tubo, obterá uma estrutura bidimensional.

Exemplos de cristais fotônicos bidimensionais criados artificialmente são fibras ópticas fotônicas e camadas fotônicas, que, após várias modificações, podem ser usadas para alterar a direção de um sinal de luz a distâncias muito menores do que em sistemas ópticos integrados convencionais. Existem atualmente dois métodos para modelagem de cristais fotônicos.

primeiro – PWM (método de onda plana) refere-se a estruturas uni e bidimensionais e consiste no cálculo de equações teóricas, incluindo as equações de Bloch, Faraday, Maxwell. Segundo O método para modelagem de estruturas de fibra óptica é o método FDTD (Finite Difference Time Domain), que consiste em resolver as equações de Maxwell com uma dependência temporal do campo elétrico e do campo magnético. Isso torna possível realizar experimentos numéricos sobre a propagação de ondas eletromagnéticas em determinadas estruturas cristalinas. No futuro, isso deve possibilitar a obtenção de sistemas fotônicos com dimensões comparáveis ​​às dos dispositivos microeletrônicos usados ​​para controlar a luz.

Algumas aplicações do cristal fotônico:

• Espelhos seletivos de ressonadores a laser,
• lasers de feedback distribuído,
• Fibras fotônicas (fibra de cristal fotônico), filamentos e planares,
• Semicondutores fotônicos, pigmentos ultra-brancos,
• LEDs com maior eficiência, Microressonadores, Metamateriais - sobras de materiais,
• Teste de banda larga de dispositivos fotônicos,
• espectroscopia, interferometria ou tomografia de coerência óptica (OCT) - usando um efeito de fase forte.