Квантоворазмерные эффекты и их применение в оптоэлектронике 8-лекция: Малоразмерные электронные газы в магнитном поле. Квантовый эффект Холла. Ташкентский. - презентация

1 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

2 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

3

4 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

5 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

6 Bir olchamli foton kristallar

7 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

8 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

9 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?

10 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.

11

12 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.

13 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

14 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.

15 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?

16 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.

17 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.