光子晶体

光子晶体是周期性的光学纳米结构影响的运动光子在大致相同的方式，离子晶格影响电子在固体。在自然界中，光子晶体以结构着色和动物反射器的形式出现，并且以不同的形式有望在一系列应用中有用。

1887年，英国物理学家雷利勋爵（Lord Rayleigh）对周期性多层电介质叠层进行了实验，表明它们在一个维度上具有光子带隙。Eli Yablonovitch和Sajeev John在1987年对具有一个以上维度的周期性光学结构进行了研究，研究兴趣随之增长。

可以制造一维、二维或三维的光子晶体。一维光子晶体可以由沉积或粘附在一起的层制成。二维的可以通过光刻或在合适的基板上钻孔来制成。三维模型的制造方法包括以不同角度钻孔，在彼此之上堆叠多个2-D层，直接进行激光写入，或例如促使球体自组装成矩阵并溶解球体。

原则上，光子晶体可以在必须操纵光的地方找到用途。现有的应用包括带有镜片涂层的薄膜光学器件。二维光子晶体光纤用于非线性设备中并引导奇异波长。三维晶体有一天可能会用于光学计算机。三维光子晶体可能会导致更高效的光伏电池作为电子设备的电源，从而减少了对电力输入的需求。

制造方法取决于光子带隙必须存在的尺寸数。

高维光子晶体制造面临两个主要挑战：

• 使它们具有足够的精度以防止散射损耗使晶体特性模糊
• 设计工艺可以可靠地大量生产晶体

二维周期性光子晶体的一种有前途的制造方法是光子晶体光纤，例如带孔光纤。使用为通信光纤开发的光纤拉伸技术可以满足这两个要求，并且光子晶体光纤可以从市场上买到。开发二维光子晶体的另一种有前途的方法是所谓的光子晶体平板。这些结构由一块材料组成，可以使用半导体行业的技术对其进行图案化。这样的芯片提供了将光子处理与电子处理结合在单个芯片上的潜力。

对于三维光子晶体，已使用了各种技术，包括与用于集成电路的光刻和蚀刻技术相似的技术。这些技术中的一些已经可以商业获得。为了避免纳米技术方法的复杂机制，一些替代方法涉及从胶体晶体中生长光子晶体作为自组装结构。

现在可以使用剪切组装技术生产大规模3D光子晶体薄膜和纤维，该技术将200–300 nm的胶体聚合物球堆叠到fcc晶格的完美薄膜中。由于颗粒具有较软的透明橡胶涂层，因此可以拉伸和模塑薄膜，从而调节光子带隙并产生醒目的结构色彩效果。

光子晶体是用于控制和操纵光流的有吸引力的光学材料。一维光子晶体已经以薄膜光学的形式被广泛使用，其应用范围从镜片和镜子上的​​低反射涂层和高反射涂层到变色的油漆和油墨。高维光子晶体对于基础研究和应用研究都非常感兴趣，而二维光子晶体正开始找到商业应用。

涉及二维周期性光子晶体的xxx批商业产品已经以光子晶体纤维的形式出现，与用于非线性设备和引导奇异波长的常规光纤相比，其使用微米级结构来束缚具有与根本不同的特性的光。三维对应物还远未实现商业化，但当某些技术方面，如可制造性和主要困难得到控制时，它们可能会提供其他功能，如光学计算机中使用的光学晶体管的操作所需的光学非线性。