Квантоворазмерные эффекты и их применение в оптоэлектронике 8-лекция: Малоразмерные электронные газы в магнитном поле. Квантовый эффект Холла. Ташкентский государственный технический университет Факультет электроники и автоматики Кафедра лазерных технологий и оптоэлектроники Лектор: доцент Насиров Т.З. Ташкент

Mashgulot rejasi 1. Foton kristallar 2.1 olchamli kristallar 3.2 olchamli kristallar 4.3 olchamli kristallar 5. Foton kristallarining qollanilishi 6. Foton kristallarining afzalliklari

Foton kristali ozi nima? Фотонным кристаллом является сверхрешетка (crystal superlattice), в котором искусственно создано дополнительное поле с периодом, на порядки превышающим период основной решетки. Другими словами, это такая пространственно упорядоченная система со строгим периодическим изменением коэффициента преломления в масштабах, сопоставимых с длинами волн излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Благодаря этому такие решетки позволяют получать разрешенные и запрещенные зоны для энергии фотонов.сверхрешетка

Bir olchamli foton kristallar. Одномерные фотонные кристаллы. В таких кристаллах коэффициент преломления изменяется в одном пространственном направлении Одномерные фотонные кристаллы состоят из параллельных друг другу слоев материалов с разными коэффициентами преломления. Такие кристаллы проявляют свойства только в одном пространственном направлении перпендикулярном слоям

Bir olchamli foton kristallar

Ikki olchamli foton kristallar Двумерные фотонные кристаллы. В таких кристаллах коэффициент преломления изменяется в двух пространственных направлениях (рис. 2). В таком кристалле области с одним коэффициентом преломления (n1 ) находятся в среде другого коэффициента преломления (n2 ). Форма областей с коэффициентом преломления может быть любой, как и сама кристаллическая решетка. Такие фотонные кристаллы могут проявлять свои свойства в двух пространственных направлениях

3 olchamli foton kristallar Трехмерные фотонные кристаллы. В таких кристаллах коэффициент преломления изменяется в трех пространственных направлениях. Такие кристаллы могут проявлять свои свойства в трех пространственных направлениях

Сверхрешетки В современной физике и технике успешно используются сверхрешетки. Сверхрешет-ки (crystal super-lattic) - это твердые тела с периодическим чередованием областей, в которых какая-либо физическая величина, характеризующая свойства тела (магнитные, электрические, упругие и т, д.), имеет разные значения. Сверхрешетки что это такое?

Дифракция на одно-, двух-, трехмерной сверхрешетке. Зонная теория фотонных кристаллов В 1980-х гг. появился термин фотонный кристалл (photonic crystal). Фотонные кристаллы - оптические сверхрешетки. В них периодически изменяется коэффициент преломления.

Первая искусственная сверхрешетка Первую искусственную сверхрешетку для миллиметрового диапазона электромагнитных волн создал в 1989 г. Яблонович. Это был просто образец из диэлектрика с показате-лем преломления п = 3,6, в котором на расстояниях порядка 1 мм были просверлены под определенными углами каналы диаметром 1 мм. Пересечение каналов создавало периоди-чески повторяющиеся полости. Этот классический объект получил название «яблоновит» в честь Яблоновича и являлся фотонным кристаллом для миллиметрового диапазона.

По-видимому, раньше всего фотонные кристалле получат широкое применение в качестве световодов. Для связи возможно использование радиоволн различных частот. В последние десятилетия стала быстро развиваться оптическая связь на основе волоконной оп« тики, которая позволяет пропускать по одному волокну десятки тысяч различных потоков данных. Свет по сравнению с электрическим током имеет колоссальное преимущество. При передаче информации с помощью света не возбуждаются дополнительные электрические и магнитные поля (помехи), всегда сопутствующими электрическому току. В свою очередь, окружающие электромагнитные помехи (шум) не искажают оптический сигнал. Без ретрансляторов и усилителей сигнал проходит тысячи километров. Высокая частота колебаний позволяет передавать большой объем независимой информации. Пропускная способность волокон фактически сдерживается только пропускной способностью электронных приборов на входе и выходе. Применение фотонных кристаллов

Преимущества волоконных световодов Применяемые волоконные световоды прозрачны только в узком диапазоне длин волн, в фотонном кристалле более широкий диапазон частот позволит увеличить поток независимой информации. Интерес к фотонным проводникам связан, в частности, еще и с тем, что в них не выделяется тепло. Между тем тепловыделение - одно из главных препятствий на пути увеличения плотности интегральных схем и тактовой частоты.

Вопросы для самопроверки 1. В чем заключаются особенности дифракции волн на двухмерной решетке? На трехмерной? 2. Возникают ли запрещенные зоны при дифракции рентгеновского излучения на кристаллической решетке? 3. Почему инфракрасная область электромагнитных волн с длиной волны около 1,5 мкм представляет особый интерес при создании фотонных кристаллов? 4. В чем общая природа возникновения запрещенных зон для электронов и фотонов в кристаллах? 5. В чем заключается различие в передаче света по традиционному световоду и по фотонному кристаллу?

Задачи для практических занятий 1. Оформление стенда, посвященного перспективам применения фотонных кристаллов в технике. 2. Подготовка сообщения о фотонных кристаллах в живой природе. 3. Подбор иллюстрации и приготовление плаката о современных методах получения фотонных кристаллов.

Рекомендуемая литература Жувикин Г. Лабиринты фотонных кристаллов//Компьютерра Кособукин В. А. Фотонные кристаллы//Окно в микромир Звездин А.К. Квантовая механика плененных фотонов. Оптические микрорезонато-ры, волноводы, фотонные кристаллы//Природа Потапов В.Т. Фотонные кристаллы и оптические волокна на их основе Крашенинников А. П. Радуга на крыльях фотонных кристаллов.