Tinh thể quang tử

Photonic
Tinh thể quang tử
1.
Một số khái niệm về tinh thể lượng tử ánh sáng
2.
Cách thức tạo ra một band tinh thể tử ánh sáng và tính chất quang học của nó.
3.
Một số tính năng quan trọng của tinh thể quang tử
4.
Phương pháp chế tạo các tinh thể lượng tử ánh sáng khác nhau(1D,2D,3D)
5.
Chỉ ra cách tạo ra các khuyết tật có hình dạng và kích thước khác nhau trong tinh thể lượng tử ánh
sáng
6.
Tinh thể phi tuyến trong lượng tử ánh sáng
7.
Tính năng của từng loại tinh thể lượng tử ánh sáng
8.
Mô tả ứng dụng của tinh thể lượng tử ánh sáng trong truyền thông tin quang.
9.
Ứng dụng chung của tinh thể lượng tử ánh sáng trong môi trường,hóa chất,cảm biến sinh học

Giới thiệu
•
Cung cấp chi tiết lớp bảo vệ của tinh thể quang tử
•
Tinh thể quang tử biểu diễn cho một lớp vật liệu quang mà ở dó xen kẽ chỉ số khúc xạ thấp
và cao để tạo ra cấu trúc có tính chu kỳ với bước sóng ánh sáng
•
Lĩnh vực này đang được nghiên cứu trên toàn thế giới và lời hứa cho nhiều công nghệ trong
tương lai.

1.Khái niệm cơ bản
•
Các tinh thể lượng tử ánh sáng được sắp xếp theo cấu trúc nano với hằng số điện môi thay
đổi hay là chỉ số khúc xạ được bố trí một cách tuần hoàn theo thứ tự của bước sóng ánh
sáng.
3D:là các mặt cầu được sắp xếp theo cả mặt và khối
2D:tạo ra bằng cách chồng các khối trụ có chỉ số khúc xạ đã cho
1D : cấu trúc gồm các lớp xen kẽ có chỉ số khúc xạ khác nhau được xếp chồng lên nhau
•
Trong cấu trúc tinh thể quang thông thường thì giữa các chỉ số khúc xạ cao và thấp sẽ tạo ra
khoảng trống.
•
Nếu đóng gói các hạt keo trong cấu trúc này thì gọi là các opal
•
Để sản xuất ra các opal nghịch đảo trong lĩnh vực đóng gói rỗng(chỉ số khúc xạ của không
khí =1) và khoảng trống được làm đầy với vật liệu có chiết suất cao(>2.9)
•
Đóng gói hình cầu polystyrene và điền vào khe hở loại vật liệu có chỉ số khúc xạ
cao(GaP=3.5).Sau đó polystyrene được đốt nóng để lại lỗ khí
•
Nếu đóng gói bằng silica thì ta sử dụng khắc HF trên sản phẩm để tạo ra opal nghịch đảo
2.Lý thuyết tạo ra tinh thể quang tử
•
Cấu trúc band của tinh thể quang tử có thể xác định được tính chất quang học của nó( truyền
tải,phản xạ,phụ thuộc góc).
•
Cấu trúc bandgap(vùng cấm) của lượng tử ánh sáng được xác định qua các định luật và nó
cũng đúng với thực nghiệm -tạo ra tinh thể quang tử mong muốn và phù hợp với từng ứng
dụng
•

Nhiều phương pháp xác định cấu trúc dải quang tử
Phương pháp xác định cấu trúc dải phân tử
•
 
!"#$%&'%%&()*
•
+,-&.,-/-,01234-5
678-9&:;<-=.<>36?@A1,-
sang

7%B
phương pháp
,-C=DBEF@G'G
@G'G!@AHGIAAAH'AHG-*
•
Tính toán quá trình truyền theo thời gian của các sóng điện từ bằng cách rời rạc hóa trực tiếp
từ phương trình Maxwell.
•
S
J+<0/-%-KLAFF-3M<NJ+<0OP6
+M,01+,-
hiện tại đến
+,-5M
A7

+M4BP2FQ96BPB=3:7
"#$%!"F-A#-2A$K-%A=*
'%%!'-IA%-K%A=*
3.Các đặc điểm của tinh thể quang tử
•

Bandgap(những khoảng trống vùng cấm) tương ứng với bộ lọc băng hẹp chất lượng cao.Vị
trí của bandgap có thể thay đổi bằng cách thay đổi tinh thể phi tuyến sử dụng Kerr phi
tuyến .
•
Nâng cao trường địa phương : Khi gần bandgap thì tần số thấp sẽ tập trung năng lượng trong
vùng có chỉ số khúc xạ cao,còn tần số cao sẽ tập trung ở vùng vật liệu có chỉ số khúc xạ
thấp.
•
Phân tán vận tốc nhóm bất thường:
Vân tốc nhóm được xác định như một gói sóng quang học truyền trong một phương tiện và phân
tán vận tốc nhóm như một hàm của tần số ánh sáng.
Các đặc điểm của tinh thể quang tử(tiếp)
Các đặc điểm của tinh thể quang tử(tiếp)
•
Phân tán chỉ số khúc xạ bất thường: khi gần vùng hấp thụ quang thì chỉ sổ số khúc xạ xảy ra
bất thường(xuất hiện các đường congkhông tăng theo bước sóng)
Các đặc điểm của tinh thể quang tử(tiếp)
•
Hiệu ứng Microcavity trong tinh thể quang tử:
R-0S-23D6<3NT3F0S"AFF2M
photon.

0S"AFFU

?KPJF
he.p
2Q+-BNV-&

W2QBMB+-7


M
photon:
M4:/-B-&

KPFP
Các đặc điểm của tinh thể quang tử(tiếp)
X7"RYZ[\"R]"R^'_`
•
"JFaU
%B+9b6MP+AFaU

FacFJ!dQ/-56-3?2DB2:F/-
+KT3=J&,-+M5&0B&Be*

cell

Fac=c

JFaF
X7"RYZ[\"R]"R^'_`
X7"RYZ[\"R]"R^'_`
X7"RYZ[\"R]"R^'_`
•
fP<-7
•
fP<5-0C7
•
+a-K7
•
"F-

g. Mạch quang lượng tử ánh sáng
•
Cấu trúc khiếm khuyết tạo ra cố ý bên trong các tinh thể lượng tử ánh sáng 3D polystyrene.
•
(a) hình ảnh hai photon huỳnh quang (sử dụng kích thích 800 nm) chế tạo cấu trúc cách tử.
•
(b) hình ảnh một huỳnh quang đồng tiêu của photon chế tạo chùm 1X3 trong khu vực nhánh
g. Mạch quang lượng tử ánh sáng
h7'64-C3M
•
'-9-56<-i+F33AA&PB:
;FT=0&9F56<FA256AAU
H'6<FAU:P<N+,+djkl
H'6AAU:P<N+,+d l
•
MW5-F-A9<Q9FFFj7mh2j7gh256
<FA256AA&-4-:3BW5-<Q9-S<-
32KP7
•
Rk7 n:3JDB<Q92,B/-5--S
<--156<FA2AA