Cristal fotónico

Un cristal fotónico é un material moderno formado alternativamente por células elementais cun índice de refracción alto e baixo e dimensións comparables á lonxitude de onda da luz dun rango espectral determinado. Os cristais fónicos utilízanse en optoelectrónica. Suponse que o uso dun cristal fotónico permitirá, por exemplo. para controlar a propagación dunha onda luminosa e creará oportunidades para a creación de circuítos integrados fotónicos e sistemas ópticos, así como redes de telecomunicacións cun ancho de banda enorme (da orde dos Pbps).

O efecto deste material no camiño da luz é semellante ao efecto dunha reixa sobre o movemento dos electróns nun cristal semicondutor. De aí o nome de "cristal fotónico". A estrutura dun cristal fotónico impide a propagación de ondas luminosas no seu interior nun determinado rango de lonxitudes de onda. A continuación, o chamado fotón gap. O concepto de creación de cristais fotónicos creouse simultaneamente en 1987 en dous centros de investigación dos Estados Unidos.

Eli Jablonovich de Bell Communications Research en Nova Jersey traballou en materiais para transistores fotónicos. Foi entón cando acuñou o termo "bandgap fotónico". Ao mesmo tempo, Sajiv John da Universidade de Prieston, mentres traballaba para mellorar a eficiencia dos láseres utilizados nas telecomunicacións, descubriu a mesma brecha. En 1991, Eli Yablonovich recibiu o primeiro cristal fotónico. En 1997 desenvolveuse un método masivo para a obtención de cristais.

Un exemplo de cristal fotónico tridimensional natural é o ópalo, un exemplo da capa fotónica da á dunha bolboreta do xénero Morpho. Non obstante, os cristais fotónicos adoitan facerse artificialmente en laboratorios a partir de silicio, que tamén é poroso. Segundo a súa estrutura, divídense en uni, bidimensionais e tridimensionales. A estrutura máis sinxela é a estrutura unidimensional. Os cristais fotónicos unidimensionales son capas dieléctricas coñecidas e de uso prolongado, que se caracterizan por un coeficiente de reflexión que depende da lonxitude de onda da luz incidente. De feito, trátase dun espello de Bragg, formado por moitas capas con índices de refracción altos e baixos alternados. O espello de Bragg funciona como un filtro de paso baixo normal, algunhas frecuencias reflíctense mentres que outras pasan. Se enrola o espello de Bragg nun tubo, obtén unha estrutura bidimensional.

Exemplos de cristais fotónicos bidimensionais creados artificialmente son as fibras ópticas fotónicas e as capas fotónicas que, despois de varias modificacións, poden usarse para cambiar a dirección dun sinal luminoso a distancias moito menores que nos sistemas ópticos integrados convencionais. Actualmente existen dous métodos para modelar cristais fotónicos.

primeiro – PWM (método de onda plana) refírese a estruturas uni e bidimensionais e consiste no cálculo de ecuacións teóricas, incluíndo as ecuacións de Bloch, Faraday, Maxwell. Segundo O método para modelar estruturas de fibra óptica é o método FDTD (Finite Difference Time Domain), que consiste en resolver as ecuacións de Maxwell cunha dependencia no tempo para o campo eléctrico e o campo magnético. Isto permite realizar experimentos numéricos sobre a propagación de ondas electromagnéticas en determinadas estruturas cristalinas. No futuro, isto debería permitir a obtención de sistemas fotónicos cunhas dimensións comparables ás dos dispositivos microelectrónicos utilizados para controlar a luz.

Algunhas aplicacións do cristal fotónico:

• Espellos selectivos de resonadores láser,
• láseres de retroalimentación distribuídos,
• Fibras fotónicas (fibra de cristal fotónico), filamentos e planos,
• Semicondutores fotónicos, pigmentos ultrabrancos,
• LED con maior eficiencia, microresonadores, metamateriais - materiais esquerdos,
• Probas de banda ancha de dispositivos fotónicos,
• espectroscopia, interferometría ou tomografía de coherencia óptica (OCT) - utilizando un efecto de fase forte.