日本松下电器第一个将光子晶体运用导入蓝色LED
(a) top xiew of PhC blue LED
(b)Cross-section view of 2-D PhC
在光子晶体的表面都覆上了一整面的透明电极，这样一个独特 设计，使得大面积的发光能够具体实现。光子晶体 LED的效率 比一般的 LED高出 50％。
E.Yablonovitch. Phys.Rev.Lett.,1987.58:2059-2062 S.John . Phys.Rev.Lett.1987.58:2486-2489
光子带隙
光子带隙是一个频率区域，当入射光的频率落在 其中时，它被全反射，不能穿过光子晶体。处于具 有完全带隙（所有方向的入射都被全反射）光子晶 体中的原子自发辐射被禁 物理上，光子带隙来源于：被周期性介电结构 强散射的光之间的干涉
光子局域
在光子晶体中引入杂质和缺陷时，与缺陷态频 率符合的光子会被局限在缺陷位置，而不能向空间 传播。
光子能带和电子能带
电子在周期性势场中薛定鄂方程：
2m
2 V (r ) E
R为晶格矢量
V ( r ) V ( r R)
2 E ( E )
单频光在介电常数周期性变化结构中麦克斯韦方程:
2
c
2
1 ( r ) E 0 E
1 (r a) 1
周期变化的介电常数
c 在介电常数以光波长周期变化 的结构中光子的运动规律类似于晶体中电子的运动。
1 (r ) V (r )
0
2
2
E

本质上光子是自旋为1的玻色子,是矢量上的饿电磁 波,而电子是自旋为1/2的费米子,是标量波;另外,普 通晶体的能隙一般利用光电子能谱中的吸收边测量 出来,而光子晶体的带隙则是通过透射系数的测量 确定.在带隙里,入射电磁波将完全反射,透射系数为 零.
1.在波导中的应用
平面波导结构——光子晶体结构+全内反射
目的：避免在垂直方向光泄漏
(a)
(b)

(c)
光子晶体光纤
利用包层对一定 波长的光形成光子 能隙，光波只能在 芯层形成的缺陷中 存在和传播。 能量传输基本无 损失，也不会出现 延迟等影响数据传 输率的现象。 光子晶体制成的 光纤具有极宽的传 输频带，可全波段 传输。
一.
引言 二. 光子晶体的应用 三. 光子晶体制备方法 四. 光子晶体的发展前景 五. 总结
一、引言

光子晶体（photonic crystal） E. Yablonovitch 和S.John在 1987年分别 独立地提出了光子晶体的概念, 是一种介电常 数在空间呈周期性排列的光学微结构。分为 一维、二维和三维光子晶体.
光子晶体LED的设计重点:
在光子晶体的设计上有一些重点，有一个指标是周期这一 部分，周期和衍射的距离有关，如果周期越小，衍射的距离就 越大，纵使经过修正后还是没有办法将光发射到外面去。相对 的如果周期变大，衍射的距离越小，因为这样的关系，光就可 以移到外面去了，所以在设计上需要找到一个最适合的周期。 还有一个要点就是高度，高度跟衍射的效率有相当紧密 的相关联性，实际上并不是所有的光都会受到衍射的影响， 受到衍射影响的光都会跟衍射率产生相关联，所以这两个重 要指标就是在开发光子晶体 LED时，需要计算出最适当的 数值
(a)介质棒阵列
(b) 打孔的薄膜结构
三维光子晶体制备

精密机械加工法: Yablonovich等用打孔的方 法在基体表面每一点沿着相差120度的方向往 里打孔,在基底材料里留下了近椭球圆柱形结 构组成的面心立方光子晶体.
只能用于加工微波波 段的光子晶体,对于更短 波长的光子晶体,显得无 能为力

二. 光子晶体的应用



光子晶体的禁带特性。光子晶体的最根本特性就是 具有光子禁带，一定频率的光不能在光子晶体中传 播，可以用来实现滤波器以及微波天线。 对自发辐射的控制。如果原子的自发辐射频率落在 光子禁带内，这种自发辐射就会被抑制；如果在光 子晶体中加入杂质，光子禁带中就出现了杂质态， 可以实现自发辐射的增强。对自发辐射的抑止或增 强可用于无阈值激光器和高效发光二极管。 光子晶体的缺陷态。在光子晶体中引入点缺陷，就 相当于制作了一个可以捕获光的微腔，可以实现高 Q 值的谐振腔；而引入线缺陷，就相当于在光子晶 体中引入了光的传播通道，可以作为光波导和光纤。
(a)普通光纤, (b)-(c)光子晶体光纤
光子晶体LED
左边是传统的 LED结构，可以看到它的全反射，现有的 LED临界 度是比较小的，相对的，光子晶体蓝色 LED所设计出来的 LED， 由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光可以可进入临 界角投射到外面，改善过去 LED的光会全部反射的问题。
光子晶体LED有关文章
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半导体制造技术的方法:将电子束蚀刻,反应 离子束蚀刻,化学气相淀积等技术运用于堆积 式的光子晶体制造.
(1) 利用电子束,激光束等在Si基上 进行蚀刻,留出一系列彼此平行的 Si棒; (2) 再用水解等方法将Si棒之间的 区域用SiO2进行填充,并进行表面 机械抛光; (3) 然后再用多晶Si沉积的方法在 S. Y. Lin et al.,Nature (2)中所得的层上铺一层Si,以便蚀 394, 251 (1998) 刻与(2)中Si棒向垂直的第二层Si 棒 (4) 重复以上步骤以制得所需的层数,然后再用酸将SiO2清洗掉, 即得三维周期性结构
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三. 光子晶体的制备方法
1. 一维光子晶体结构简单，制作简便，制备方法有 真空镀膜技术、溶胶－凝胶技术、MOCVD 、分子 束外延等 2. 二维光子晶体主要结构有周期性排列的介质棒阵 列和打孔的薄膜结构。排列方式一般为四边形和三 角形点阵，通过调节棒或孔的直径以及间距大小， 可以实现不同频率与带宽的光子禁带。一般采用激 光刻蚀、电子束刻蚀和外延生长法等制造二维光子 晶体