पिछले दशक में, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक का विकास धीमा हो गया है, क्योंकि मानक अर्धचालक उपकरणों की गति की सीमा व्यावहारिक रूप से पहले ही पहुंच चुकी है। अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स के वैकल्पिक क्षेत्रों के विकास के लिए अधिक से अधिक अध्ययन समर्पित हैं - ये स्पिंट्रोनिक्स, सुपरकंडक्टिंग तत्वों के साथ माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, फोटोनिक्स और कुछ अन्य हैं।

विद्युत संकेत के बजाय प्रकाश संकेत का उपयोग करके सूचना के संचरण और प्रसंस्करण का नया सिद्धांत, सूचना युग में एक नए चरण की शुरुआत को तेज कर सकता है।

साधारण क्रिस्टल से फोटोनिक तक

भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का आधार फोटोनिक क्रिस्टल हो सकते हैं - ये सिंथेटिक ऑर्डर की गई सामग्री हैं जिसमें संरचना के अंदर ढांकता हुआ निरंतर समय-समय पर बदलता रहता है। एक पारंपरिक अर्धचालक के क्रिस्टल जाली में, नियमितता, परमाणुओं की व्यवस्था की आवधिकता तथाकथित बैंड ऊर्जा संरचना के गठन की ओर ले जाती है - अनुमत और निषिद्ध क्षेत्रों के साथ। एक इलेक्ट्रॉन जिसकी ऊर्जा अनुमत बैंड में गिरती है, क्रिस्टल के माध्यम से आगे बढ़ सकती है, जबकि बैंड गैप में ऊर्जा वाला एक इलेक्ट्रॉन "लॉक" होता है।

एक साधारण क्रिस्टल के सादृश्य से, एक फोटोनिक क्रिस्टल का विचार उत्पन्न हुआ। इसमें, पारगम्यता की आवधिकता फोटोनिक क्षेत्रों की उपस्थिति का कारण बनती है, विशेष रूप से, निषिद्ध क्षेत्र, जिसके भीतर एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का प्रसार दबा हुआ है। यही है, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए पारदर्शी होने के कारण, फोटोनिक क्रिस्टल एक चयनित तरंग दैर्ध्य (ऑप्टिकल पथ की लंबाई के साथ संरचना की अवधि के दोगुने के बराबर) के साथ प्रकाश संचारित नहीं करते हैं।

फोटोनिक क्रिस्टलअलग-अलग आयाम हो सकते हैं। एक-आयामी (1D) क्रिस्टल विभिन्न अपवर्तक सूचकांकों के साथ बारी-बारी से परतों की एक बहुपरत संरचना है। द्वि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल (2D) को विभिन्न पारगम्यता के साथ छड़ की आवधिक संरचना के रूप में दर्शाया जा सकता है। फोटोनिक क्रिस्टल के पहले सिंथेटिक प्रोटोटाइप त्रि-आयामी थे और 1990 के दशक की शुरुआत में अनुसंधान केंद्र के कर्मचारियों द्वारा बनाए गए थे। बेल लैब्स(अमेरीका)। एक ढांकता हुआ सामग्री में एक आवधिक जाली प्राप्त करने के लिए, अमेरिकी वैज्ञानिकों ने बेलनाकार छिद्रों को इस तरह से ड्रिल किया जैसे कि voids का त्रि-आयामी नेटवर्क प्राप्त किया जा सके। सामग्री को एक फोटोनिक क्रिस्टल बनने के लिए, इसकी पारगम्यता को तीनों आयामों में 1 सेंटीमीटर की अवधि के साथ संशोधित किया गया था।

फोटोनिक क्रिस्टल के प्राकृतिक अनुरूप गोले (1 डी), समुद्री माउस के एंटीना, पॉलीचेट वर्म (2 डी), अफ्रीकी सेलबोट तितली के पंख और ओपल (3 डी) जैसे अर्ध-कीमती पत्थरों की मां-मोती कोटिंग्स हैं।

लेकिन आज भी, इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफी और अनिसोट्रोपिक आयन नक़्क़ाशी के सबसे आधुनिक और महंगे तरीकों की मदद से, 10 से अधिक संरचनात्मक कोशिकाओं की मोटाई के साथ दोष मुक्त त्रि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल का उत्पादन करना मुश्किल है।

फोटोनिक क्रिस्टल को फोटोनिक एकीकृत प्रौद्योगिकियों में व्यापक अनुप्रयोग मिलना चाहिए, जो भविष्य में कंप्यूटर में विद्युत एकीकृत सर्किट को बदल देगा। जब इलेक्ट्रॉनों के बजाय फोटॉन का उपयोग करके सूचना प्रसारित की जाती है, तो बिजली की खपत में तेजी से कमी आएगी, घड़ी की आवृत्ति और सूचना हस्तांतरण दर में वृद्धि होगी।

टाइटेनियम ऑक्साइड फोटोनिक क्रिस्टल

टाइटेनियम ऑक्साइड टीओओ 2 में उच्च अपवर्तक सूचकांक, रासायनिक स्थिरता और कम विषाक्तता जैसी अनूठी विशेषताओं का एक सेट है, जो इसे एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल बनाने के लिए सबसे आशाजनक सामग्री बनाता है। यदि हम सौर कोशिकाओं के लिए फोटोनिक क्रिस्टल पर विचार करते हैं, तो टाइटेनियम ऑक्साइड यहां अर्धचालक गुणों के कारण जीतता है। टाइटेनियम ऑक्साइड फोटोनिक क्रिस्टल सहित आवधिक फोटोनिक क्रिस्टल संरचना के साथ अर्धचालक परत का उपयोग करके सौर कोशिकाओं की दक्षता में वृद्धि पहले प्रदर्शित की गई है।

लेकिन अभी तक, टाइटेनियम डाइऑक्साइड पर आधारित फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग उनके निर्माण के लिए एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और सस्ती तकनीक की कमी के कारण सीमित है।

मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के रसायन विज्ञान संकाय और सामग्री विज्ञान संकाय के सदस्य नीना सपोलेटोवा, सर्गेई कुशनिर और किरिल नेपोल्स्की ने झरझरा टाइटेनियम ऑक्साइड फिल्मों के आधार पर एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल के संश्लेषण में सुधार किया है।

"एल्यूमीनियम और टाइटेनियम सहित वाल्व धातुओं का एनोडाइजिंग (इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण), नैनोमीटर के आकार के चैनलों के साथ झरझरा ऑक्साइड फिल्में प्राप्त करने का एक प्रभावी तरीका है," इलेक्ट्रोकेमिकल नैनोस्ट्रक्चरिंग ग्रुप के प्रमुख, रासायनिक विज्ञान के उम्मीदवार किरिल नेपोलस्की ने समझाया।

एनोडाइजिंग आमतौर पर दो-इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में किया जाता है। दो धातु प्लेट, एक कैथोड और एक एनोड, को इलेक्ट्रोलाइट समाधान में उतारा जाता है, और एक विद्युत वोल्टेज लगाया जाता है। कैथोड पर हाइड्रोजन छोड़ा जाता है, और धातु का विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण एनोड पर होता है। यदि सेल पर लागू वोल्टेज को समय-समय पर बदला जाता है, तो एनोड पर मोटाई में निर्दिष्ट सरंध्रता वाली एक झरझरा फिल्म बनती है।

प्रभावी अपवर्तक सूचकांक को संशोधित किया जाएगा यदि छिद्र व्यास संरचना के भीतर समय-समय पर बदलता रहता है। पहले विकसित टाइटेनियम एनोडाइजिंग तकनीकों ने उच्च स्तर की संरचना आवधिकता के साथ सामग्री प्राप्त करने की अनुमति नहीं दी थी। मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के रसायनज्ञों ने एनोडाइजिंग चार्ज के आधार पर वोल्टेज मॉड्यूलेशन के साथ धातु एनोडाइजिंग की एक नई विधि विकसित की है, जो उच्च सटीकता के साथ झरझरा एनोडिक धातु ऑक्साइड बनाने की अनुमति देता है। एक उदाहरण के रूप में एनोडिक टाइटेनियम ऑक्साइड से एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग करके रसायनज्ञों द्वारा नई तकनीक की संभावनाओं का प्रदर्शन किया गया था।

40-60 वोल्ट की सीमा में साइनसॉइडल कानून के अनुसार एनोडाइजिंग वोल्टेज को बदलने के परिणामस्वरूप, वैज्ञानिकों ने एक निरंतर बाहरी व्यास और समय-समय पर बदलते आंतरिक व्यास के साथ एनोडिक टाइटेनियम ऑक्साइड के नैनोट्यूब प्राप्त किए (आंकड़ा देखें)।

"पहले इस्तेमाल की जाने वाली एनोडाइजिंग विधियों ने उच्च स्तर की संरचना आवधिकता के साथ सामग्री प्राप्त करने की अनुमति नहीं दी थी। हमने एक नई पद्धति विकसित की है, जिसका प्रमुख घटक है बगल में(तुरंत संश्लेषण के दौरान) एनोडाइजिंग चार्ज का माप, जो उच्च सटीकता के साथ गठित ऑक्साइड फिल्म में विभिन्न सरंध्रता के साथ परतों की मोटाई को नियंत्रित करना संभव बनाता है, "काम के लेखकों में से एक, रासायनिक विज्ञान के उम्मीदवार सर्गेई कुशनिर ने समझाया।

विकसित तकनीक एनोडिक धातु आक्साइड पर आधारित एक संशोधित संरचना के साथ नई सामग्री के निर्माण को सरल बनाएगी। "अगर हम तकनीक के व्यावहारिक अनुप्रयोग के रूप में सौर कोशिकाओं में एनोडिक टाइटेनियम ऑक्साइड से फोटोनिक क्रिस्टल के उपयोग पर विचार करते हैं, तो सौर कोशिकाओं में प्रकाश रूपांतरण की दक्षता पर ऐसे फोटोनिक क्रिस्टल के संरचनात्मक मानकों के प्रभाव का एक व्यवस्थित अध्ययन अभी तक नहीं हुआ है। किया जाना है," सर्गेई कुशनिर ने निर्दिष्ट किया।

फोटोनिक क्रिस्टल (पीसी) संरचनाएं हैं जो अंतरिक्ष में पारगम्यता में आवधिक परिवर्तन की विशेषता है। पीसी के ऑप्टिकल गुण सतत मीडिया के ऑप्टिकल गुणों से बहुत अलग हैं। एक फोटोनिक क्रिस्टल के अंदर विकिरण का प्रसार, माध्यम की आवधिकता के कारण, एक आवधिक क्षमता की क्रिया के तहत एक साधारण क्रिस्टल के अंदर एक इलेक्ट्रॉन की गति के समान हो जाता है। नतीजतन, फोटोनिक क्रिस्टल में विद्युत चुम्बकीय तरंगों में एक बैंड स्पेक्ट्रम और साधारण क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनों की बलोच तरंगों के समान एक समन्वय निर्भरता होती है। कुछ शर्तों के तहत, एक पीसी की बैंड संरचना में अंतराल बनते हैं, इसी तरह प्राकृतिक क्रिस्टल में निषिद्ध इलेक्ट्रॉनिक बैंड। विशिष्ट गुणों (तत्वों की सामग्री, उनके आकार और झंझरी अवधि) के आधार पर, पीसी स्पेक्ट्रम पूरी तरह से आवृत्ति-निषिद्ध क्षेत्र दोनों बना सकता है, जिसके लिए इसके ध्रुवीकरण और दिशा की परवाह किए बिना विकिरण प्रसार असंभव है, और आंशिक रूप से निषिद्ध है ( स्टॉप-ज़ोन), जिसमें केवल चयनित दिशाओं में फैल सकता है।

फोटोनिक क्रिस्टल मौलिक दृष्टिकोण से और कई अनुप्रयोगों के लिए रुचि के हैं। फोटोनिक क्रिस्टल, ऑप्टिकल फिल्टर, वेवगाइड (विशेष रूप से, फाइबर-ऑप्टिक संचार लाइनों में) के आधार पर, थर्मल विकिरण को नियंत्रित करने की अनुमति देने वाले उपकरणों को बनाया और विकसित किया जाता है, फोटोनिक क्रिस्टल के आधार पर कम पंप थ्रेशोल्ड वाले लेजर डिजाइन प्रस्तावित किए गए हैं।

प्रतिबिंब, संचरण और अवशोषण स्पेक्ट्रा को बदलने के अलावा, धातु-ढांकता हुआ फोटोनिक क्रिस्टल में फोटोनिक राज्यों का एक विशिष्ट घनत्व होता है। राज्यों का परिवर्तित घनत्व एक फोटोनिक क्रिस्टल के अंदर रखे परमाणु या अणु की उत्तेजित अवस्था के जीवनकाल को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है और इसके परिणामस्वरूप, ल्यूमिनेसिसेंस की प्रकृति को बदल सकता है। उदाहरण के लिए, यदि एक फोटोनिक क्रिस्टल में स्थित एक संकेतक अणु में संक्रमण आवृत्ति बैंड गैप में गिरती है, तो इस आवृत्ति पर ल्यूमिनेसेंस को दबा दिया जाएगा।

FC को तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है: एक-आयामी, दो-आयामी और तीन-आयामी।

एक-, दो- और त्रि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल। विभिन्न रंगविभिन्न ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्री के अनुरूप।

एक-आयामी पीसी विभिन्न सामग्रियों से बने वैकल्पिक परतों वाले पीसी होते हैं।

लेज़र में ब्रैग बहुपरत दर्पण के रूप में उपयोग किए जाने वाले एक-आयामी पीसी की इलेक्ट्रॉन छवि।

द्वि-आयामी FK में अधिक विविध ज्यामिति हो सकती हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, अनंत लंबाई के सिलेंडरों की सरणी (उनका अनुप्रस्थ आकार अनुदैर्ध्य से बहुत छोटा है) या बेलनाकार छिद्रों की आवधिक प्रणाली।

त्रिकोणीय जाली के साथ इलेक्ट्रॉनिक छवियां, द्वि-आयामी आगे और रिवर्स एफके।

त्रि-आयामी पीसी की संरचनाएं बहुत विविध हैं। इस श्रेणी में सबसे आम कृत्रिम ओपल हैं - गोलाकार डिफ्यूज़र के ऑर्डर किए गए सिस्टम। ओपल दो मुख्य प्रकार के होते हैं: सीधा और उल्टा (उलटा) ओपल। डायरेक्ट ओपल से रिवर्स ओपल में संक्रमण सभी गोलाकार तत्वों को गुहाओं (आमतौर पर हवा) के साथ बदलकर किया जाता है, जबकि इन गुहाओं के बीच का स्थान कुछ सामग्री से भरा होता है।

नीचे एक पीसी की सतह है, जो स्व-संगठित गोलाकार पॉलीस्टाइनिन माइक्रोपार्टिकल्स पर आधारित घन जाली के साथ एक सीधा ओपल है।

स्व-संगठित गोलाकार पॉलीस्टाइनिन माइक्रोपार्टिकल्स पर आधारित एक घन जाली के साथ एक पीसी की आंतरिक सतह।

अगली संरचना एक बहु-चरण के परिणामस्वरूप संश्लेषित एक उलटा ओपल है रासायनिक प्रक्रिया: बहुलक गोलाकार कणों की स्व-संयोजन, एक पदार्थ के साथ परिणामी सामग्री की रिक्तियों का संसेचन और रासायनिक नक़्क़ाशी द्वारा बहुलक मैट्रिक्स को हटाना।

एक क्वार्ट्ज उलटा ओपल की सतह। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके तस्वीर प्राप्त की गई थी।

एक अन्य प्रकार के त्रि-आयामी एफसी "वुडपाइल" प्रकार (लॉगपाइल्स) की संरचनाएं हैं, जो एक नियम के रूप में, समकोण पर पार किए गए आयताकार समानांतर चतुर्भुज द्वारा निर्मित होते हैं।

धातु के समानांतर चतुर्भुज से पीसी की इलेक्ट्रॉनिक फोटो।

उत्पादन विधियां

व्यवहार में एफसी का उपयोग उनके निर्माण के लिए सार्वभौमिक और सरल तरीकों की कमी के कारण काफी सीमित है। हमारे समय में, FC के निर्माण के लिए कई दृष्टिकोण लागू किए गए हैं। दो मुख्य दृष्टिकोण नीचे वर्णित हैं।

इनमें से पहला तथाकथित स्व-संगठन या स्वयं-विधानसभा विधि है। जब एक फोटोनिक क्रिस्टल को स्व-संयोजन करते हैं, तो कोलाइडल कणों का उपयोग किया जाता है (सबसे आम मोनोडिस्पर्स सिलिकॉन या पॉलीस्टायर्न कण होते हैं), जो तरल में होते हैं और जैसे ही तरल वाष्पित होता है, मात्रा में जमा हो जाते हैं। जैसे ही वे एक-दूसरे पर "जमा" करते हैं, वे एक त्रि-आयामी पीसी बनाते हैं और शर्तों के आधार पर, क्यूबिक फेस-केंद्रित या हेक्सागोनल क्रिस्टल जाली में ऑर्डर किए जाते हैं। यह विधि काफी धीमी है, FC बनने में कई सप्ताह लग सकते हैं। इसके अलावा, इसके नुकसान में बयान प्रक्रिया में दोषों की उपस्थिति का खराब नियंत्रित प्रतिशत शामिल है।

स्व-संयोजन विधि की किस्मों में से एक तथाकथित मधुकोश विधि है। इस पद्धति में तरल को छानना शामिल है जिसमें कण छोटे छिद्रों के माध्यम से स्थित होते हैं, और इन छिद्रों के माध्यम से तरल के प्रवाह की दर से निर्धारित दर पर एफसी के गठन की अनुमति देता है। पारंपरिक निक्षेपण विधि की तुलना में, यह विधि बहुत तेज है, हालांकि, इसके उपयोग में दोषों का प्रतिशत भी अधिक है।

वर्णित विधियों के फायदों में यह तथ्य शामिल है कि वे बड़े आकार के पीसी नमूनों (कई वर्ग सेंटीमीटर तक के क्षेत्र के साथ) के गठन की अनुमति देते हैं।

एफसी के निर्माण के लिए दूसरा सबसे लोकप्रिय तरीका नक़्क़ाशी विधि है। आमतौर पर 2डी पीसी बनाने के लिए विभिन्न नक़्क़ाशी विधियों का उपयोग किया जाता है। ये विधियां एक ढांकता हुआ या धातु की सतह पर गठित एक फोटोरेसिस्ट मास्क (जो परिभाषित करता है, उदाहरण के लिए, गोलार्द्धों की एक सरणी) के उपयोग पर आधारित है और नक़्क़ाशीदार क्षेत्र की ज्यामिति को परिभाषित करता है। यह मुखौटा मानक फोटोलिथोग्राफी विधि का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, इसके बाद सीधे फोटोरेसिस्ट के साथ नमूना सतह की रासायनिक नक़्क़ाशी की जाती है। इस मामले में, क्रमशः, उन क्षेत्रों में जहां photoresist स्थित है, photoresist की सतह नक़्क़ाशीदार है, और photoresist के बिना क्षेत्रों में, ढांकता हुआ या धातु etched है। प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक वांछित ईच गहराई तक नहीं पहुंच जाती है, जिसके बाद फोटोरेसिस्ट को धोया जाता है।

इस पद्धति का नुकसान फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया का उपयोग है, जिसका सबसे अच्छा स्थानिक संकल्प रेले मानदंड द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसलिए, यह विधि एक बैंड गैप के साथ एक पीसी बनाने के लिए उपयुक्त है, जो एक नियम के रूप में, पास में है अवरक्तस्पेक्ट्रम। अक्सर, वांछित संकल्प प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के साथ फोटोलिथोग्राफी के संयोजन का उपयोग किया जाता है। अर्ध-दो-आयामी पीसी बनाने के लिए यह विधि एक महंगी लेकिन अत्यधिक सटीक विधि है। इस पद्धति में, एक फोटोरेसिस्ट जो एक इलेक्ट्रॉन बीम की क्रिया के तहत अपने गुणों को बदलता है, विशिष्ट स्थानों पर एक स्थानिक मुखौटा बनाने के लिए विकिरणित होता है। विकिरण के बाद, फोटोरेसिस्ट का हिस्सा धोया जाता है, और शेष भाग को बाद के तकनीकी चक्र में नक़्क़ाशीदार मुखौटा के रूप में उपयोग किया जाता है। इस विधि का अधिकतम रिज़ॉल्यूशन लगभग 10 एनएम है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स और क्वांटम यांत्रिकी के बीच समानताएं

मैक्सवेल के समीकरणों के किसी भी समाधान, रैखिक मीडिया के मामले में और मुक्त शुल्क और वर्तमान स्रोतों की अनुपस्थिति में, आवृत्ति के आधार पर जटिल आयामों के साथ समय में हार्मोनिक कार्यों के सुपरपोजिशन के रूप में प्रतिनिधित्व किया जा सकता है: या तो कहां है, या।

चूंकि क्षेत्र वास्तविक हैं, तब , और सकारात्मक आवृत्ति के साथ समय में हार्मोनिक कार्यों के सुपरपोजिशन के रूप में लिखा जा सकता है: ,

हार्मोनिक कार्यों पर विचार हमें मैक्सवेल के समीकरणों के आवृत्ति रूप को पारित करने की अनुमति देता है, जिसमें समय व्युत्पन्न नहीं होता है:

जहां इन समीकरणों में शामिल क्षेत्रों की समय निर्भरता को , के रूप में दर्शाया गया है। हम मानते हैं कि मीडिया आइसोट्रोपिक हैं और चुंबकीय पारगम्यता है।

क्षेत्र को स्पष्ट रूप से व्यक्त करते हुए, समीकरणों के दोनों ओर से कर्ल लेते हुए, और दूसरे समीकरण को पहले में प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

निर्वात में प्रकाश की गति कहाँ होती है।

दूसरे शब्दों में, हमें एक eigenvalue समस्या मिली:

ऑपरेटर के लिए

जहां निर्भरता विचाराधीन संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है।

परिणामी ऑपरेटर के eigenfunctions (मोड) को शर्त को पूरा करना चाहिए

के रूप में स्थित है

इस मामले में, स्थिति स्वचालित रूप से पूरी होती है, क्योंकि रोटर का विचलन हमेशा शून्य होता है।

ऑपरेटर रैखिक है, जिसका अर्थ है कि समान आवृत्ति के साथ eigenvalue समस्या के समाधान का कोई भी रैखिक संयोजन भी एक समाधान होगा। यह दिखाया जा सकता है कि मामले में यह संचालिका हर्मिटियन है, अर्थात, किसी भी सदिश फलन के लिए

जहां डॉट उत्पाद को परिभाषित किया गया है

चूंकि संचालिका हर्मिटियन है, इसलिए यह इस प्रकार है कि इसके प्रतिजन मूल्य वास्तविक हैं। यह भी दिखाया जा सकता है कि 0" align="absmiddle"> पर, eigenvalues गैर-ऋणात्मक हैं, और इसलिए आवृत्तियां वास्तविक हैं।

विभिन्न आवृत्तियों के अनुरूप eigenfunctions का अदिश उत्पाद हमेशा शून्य होता है। समान आवृत्तियों के मामले में, यह आवश्यक रूप से मामला नहीं है, लेकिन ऐसे eigenfunctions के पारस्परिक रूप से ऑर्थोगोनल रैखिक संयोजनों के साथ ही काम करना हमेशा संभव होता है। इसके अलावा, हर्मिटियन ऑपरेटर के पारस्परिक रूप से ऑर्थोगोनल ईजेनफंक्शन से आधार बनाना हमेशा संभव होता है।

यदि, इसके विपरीत, हम क्षेत्र को के रूप में व्यक्त करते हैं, तो हमें एक सामान्यीकृत eigenvalue समस्या मिलती है:

जिसमें समीकरण के दोनों किनारों पर पहले से ही ऑपरेटर मौजूद हैं (इस मामले में, समीकरण के बाईं ओर ऑपरेटर द्वारा विभाजन के बाद, यह गैर-हर्मिटियन बन जाता है)। कुछ मामलों में, यह सूत्रीकरण अधिक सुविधाजनक है।

ध्यान दें कि जब समीकरण को eigenvalues द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो आवृत्ति नए समाधान के अनुरूप होगी। इस तथ्य को मापनीयता कहा जाता है और यह बहुत व्यावहारिक महत्व का है। एक माइक्रोन के क्रम में विशिष्ट आयामों वाले फोटोनिक क्रिस्टल का उत्पादन तकनीकी रूप से कठिन है। हालांकि, परीक्षण उद्देश्यों के लिए, एक सेंटीमीटर के क्रम की अवधि और तत्व आकार के साथ एक फोटोनिक क्रिस्टल का एक मॉडल बनाना संभव है जो सेंटीमीटर मोड में काम करेगा (इस मामले में, सामग्री का उपयोग किया जाना चाहिए जो लगभग समान होगा सेंटीमीटर आवृत्ति रेंज में नकली सामग्री के रूप में पारगम्यता)।

आइए हम ऊपर वर्णित सिद्धांत का क्वांटम यांत्रिकी के साथ एक सादृश्य बनाएं। क्वांटम यांत्रिकी में, एक अदिश तरंग फलन माना जाता है जो जटिल मान लेता है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स में, यह वेक्टर है, और जटिल निर्भरता केवल सुविधा के लिए पेश की जाती है। इस तथ्य का एक परिणाम, विशेष रूप से, यह है कि एक फोटोनिक क्रिस्टल में फोटॉन के लिए बैंड संरचनाएं इलेक्ट्रॉनों के लिए बैंड संरचनाओं के विपरीत, विभिन्न ध्रुवीकरणों के साथ तरंगों के लिए भिन्न होंगी।

क्वांटम यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स दोनों में, हर्मिटियन ऑपरेटर के eigenvalues के लिए समस्या हल हो गई है। क्वांटम यांत्रिकी में, हर्मिटियन ऑपरेटर वेधशालाओं के अनुरूप होते हैं।

और अंत में, क्वांटम यांत्रिकी में, यदि ऑपरेटर को योग के रूप में दर्शाया जाता है, तो आइजेनवेल्यू समीकरण का समाधान इस प्रकार लिखा जा सकता है, अर्थात समस्या को तीन एक-आयामी में विभाजित किया जाता है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स में, यह असंभव है, क्योंकि ऑपरेटर सभी तीन निर्देशांक "लिंक" करता है, भले ही वे अलग हो जाएं। इस कारण से, इलेक्ट्रोडायनामिक्स में केवल बहुत सीमित संख्या में समस्याओं के विश्लेषणात्मक समाधान होते हैं। विशेष रूप से, पीसी के बैंड स्पेक्ट्रम के लिए सटीक विश्लेषणात्मक समाधान मुख्य रूप से एक-आयामी पीसी के लिए पाए जाते हैं। यही कारण है कि फोटोनिक क्रिस्टल के गुणों की गणना में संख्यात्मक सिमुलेशन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

बैंड संरचना

फोटोनिक क्रिस्टल को फ़ंक्शन की आवधिकता की विशेषता है:

एक मनमाना अनुवाद वेक्टर के रूप में दर्शाया गया है

जहां आदिम अनुवाद वैक्टर हैं और पूर्णांक हैं।

बलोच के प्रमेय द्वारा, एक ऑपरेटर के eigenfunctions को इस तरह से चुना जा सकता है कि उनके पास एक प्लेन वेव के रूप में एक फ़ंक्शन द्वारा गुणा किया जाता है जिसकी आवधिकता FK के समान होती है:

जहां एक आवधिक कार्य है। इस मामले में, मानों को इस तरह से चुना जा सकता है कि वे पहले ब्रिलॉइन ज़ोन से संबंधित हों।

इस व्यंजक को सूत्रित eigenvalue समस्या में प्रतिस्थापित करने पर, हम एक eigenvalue समीकरण प्राप्त करते हैं

Eigenfunctions आवधिक होना चाहिए और शर्त को पूरा करना चाहिए।

यह दिखाया जा सकता है कि वेक्टर का प्रत्येक मान आवृत्तियों के असतत सेट के साथ मोड के अनंत सेट से मेल खाता है, जिसे हम सूचकांक के साथ आरोही क्रम में संख्या देंगे। चूंकि ऑपरेटर लगातार निर्भर करता है, एक निश्चित सूचकांक पर आवृत्ति भी लगातार निर्भर करती है। निरंतर कार्यों का सेट एफके की बैंड संरचना का गठन करता है। एक फोटोनिक क्रिस्टल की बैंड संरचना का अध्ययन इसके ऑप्टिकल गुणों के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव बनाता है। FK में किसी भी अतिरिक्त समरूपता की उपस्थिति हमें खुद को ब्रिलौइन क्षेत्र के एक निश्चित उप डोमेन तक सीमित रखने की अनुमति देती है, जिसे इरेड्यूसिबल कहा जाता है। के लिए समाधान, जो इस इरेड्यूसिबल ज़ोन से संबंधित है, पूरे ब्रिलौइन ज़ोन के समाधानों को पुन: पेश करता है।

बायां: एक वर्गाकार जाली में पैक किए गए सिलिंडरों से बना 2डी फोटोनिक क्रिस्टल। दाएं: वर्गाकार जाली के अनुरूप पहला ब्रिलॉइन क्षेत्र। नीला त्रिभुज इरेड्यूसिबल ब्रिलॉइन क्षेत्र से मेल खाता है। जी, एमतथा एक्स- एक वर्ग जाली के लिए उच्च समरूपता के बिंदु।

आवृत्ति अंतराल जो तरंग सदिश के किसी भी वास्तविक मान के लिए किसी भी मोड के अनुरूप नहीं होते हैं, बैंड गैप कहलाते हैं। इस तरह के क्षेत्रों की चौड़ाई एक पीसी में पारगम्यता के विपरीत वृद्धि के साथ बढ़ जाती है (एक फोटोनिक क्रिस्टल के घटक तत्वों की पारगम्यता का अनुपात)। यदि निषिद्ध बैंड के अंदर पड़ी आवृत्ति के साथ विकिरण ऐसे फोटोनिक क्रिस्टल के अंदर उत्पन्न होता है, तो यह उसमें प्रचार नहीं कर सकता है (यह तरंग वेक्टर के जटिल मूल्य से मेल खाता है)। इस तरह की तरंग का आयाम क्रिस्टल (अपमानित तरंग) के अंदर तेजी से क्षय होगा। एक फोटोनिक क्रिस्टल के गुणों में से एक इस पर आधारित है: सहज उत्सर्जन (विशेष रूप से, इसके दमन) को नियंत्रित करने की संभावना। यदि ऐसा विकिरण बाहर से पीसी पर आपतित होता है, तो यह फोटोनिक क्रिस्टल से पूरी तरह परावर्तित हो जाता है। यह प्रभाव परावर्तक फिल्टर के लिए पीसी के उपयोग के साथ-साथ अत्यधिक परावर्तक दीवारों के साथ रेज़ोनेटर और वेवगाइड के लिए आधार है।

एक नियम के रूप में, कम-आवृत्ति मोड मुख्य रूप से एक बड़े ढांकता हुआ स्थिरांक वाली परतों में केंद्रित होते हैं, जबकि उच्च-आवृत्ति मोड ज्यादातर कम ढांकता हुआ स्थिरांक वाली परतों में केंद्रित होते हैं। इसलिए, पहले क्षेत्र को अक्सर ढांकता हुआ क्षेत्र कहा जाता है, और इसके बाद वाले को वायु क्षेत्र कहा जाता है।

परतों के लंबवत तरंग प्रसार के अनुरूप एक-आयामी पीसी की बैंड संरचना। तीनों मामलों में, प्रत्येक परत की मोटाई 0.5 . है ए, कहाँ पे ए- एफसी अवधि। वाम: प्रत्येक परत में समान पारगम्यता होती है ε = 13. केंद्र: प्रत्यावर्ती परतों की पारगम्यता का मान होता है ε = 12 और ε = 13. अधिकार: ε = 1 और ε = 13.

तीन से कम आयाम वाले पीसी के मामले में, सभी दिशाओं के लिए कोई पूर्ण बैंड अंतराल नहीं है, जो एक या दो दिशाओं की उपस्थिति का परिणाम है जिसके साथ पीसी सजातीय है। सहज रूप से, इसे इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि लहर इन दिशाओं के साथ कई प्रतिबिंबों का अनुभव नहीं करती है, जो बैंड अंतराल के गठन के लिए आवश्यक है।

इसके बावजूद, एक-आयामी पीसी बनाना संभव है जो किसी भी कोण पर पीसी पर तरंगों की घटना को प्रतिबिंबित करेगा।

अवधि के साथ एक-आयामी पीसी की बैंड संरचना ए, जिसमें बारी-बारी से परतों की मोटाई 0.2 . है एऔर 0.8 ए, और उनकी पारगम्यता - ε = 13 और ε = 1, क्रमशः। आकृति का बायां भाग परतों के लंबवत तरंग प्रसार की दिशा से मेल खाता है (0, 0, क z), और दाईं ओर - परतों के साथ दिशा में (0, कवाई, 0)। बैंड गैप केवल परतों के लंबवत दिशा के लिए मौजूद है। ध्यान दें कि जब क y> 0, दो अलग-अलग ध्रुवीकरणों के लिए अध: पतन को हटा दिया जाता है।

एक ओपल ज्यामिति के साथ एक पीसी की बैंड संरचना नीचे दिखाई गई है। यह देखा जा सकता है कि इस पीसी में लगभग 1.5 µm की तरंग दैर्ध्य पर कुल बैंड गैप है और 2.5 µm के तरंग दैर्ध्य पर अधिकतम परावर्तन के साथ एक स्टॉप बैंड है। उलटा ओपल फैब्रिकेशन के चरणों में से एक में सिलिकॉन मैट्रिक्स के नक़्क़ाशी के समय को बदलकर और इस प्रकार गोलाकारों के व्यास को बदलकर, एक निश्चित तरंगदैर्ध्य रेंज में बैंड अंतराल को स्थानीय बनाना संभव है। लेखक ध्यान दें कि समान विशेषताओं वाली संरचना का उपयोग दूरसंचार प्रौद्योगिकियों में किया जा सकता है। बैंड गैप फ़्रीक्वेंसी पर विकिरण को पीसी के वॉल्यूम के अंदर स्थानीयकृत किया जा सकता है, और जब आवश्यक चैनल प्रदान किया जाता है, तो यह बिना नुकसान के वस्तुतः प्रचार कर सकता है। ऐसा चैनल बनाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक निश्चित रेखा के साथ फोटोनिक क्रिस्टल तत्वों को हटाकर। जब चैनल मुड़ा हुआ होता है, तो विद्युत चुम्बकीय तरंग भी चैनल के आकार को दोहराते हुए दिशा बदल देगी। इस प्रकार, इस तरह के एक पीसी को एक उत्सर्जक उपकरण और एक ऑप्टिकल माइक्रोचिप के बीच एक संचरण इकाई के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए जो सिग्नल को संसाधित करता है।

जीएल दिशा में परावर्तन स्पेक्ट्रम की तुलना, प्रयोगात्मक रूप से मापा जाता है, और एक चेहरे-केंद्रित क्यूबिक जाली के साथ उलटा सिलिकॉन (सी) ओपल के लिए विमान तरंग विस्तार विधि द्वारा गणना की गई बैंड संरचना (पहला ब्रिलॉइन ज़ोन इनसेट पर दिखाया गया है)। सिलिकॉन का आयतन अंश 22% है। झंझरी अवधि 1.23 µm

एक-आयामी पीसी के मामले में, यहां तक कि सबसे छोटा पारगम्यता कंट्रास्ट भी बैंड गैप बनाने के लिए पर्याप्त है। ऐसा प्रतीत होता है कि त्रि-आयामी ढांकता हुआ पीसी के लिए, एक समान निष्कर्ष निकाला जा सकता है: किसी भी छोटे ढांकता हुआ पारगम्यता विपरीत पर एक पूर्ण बैंड अंतराल की उपस्थिति को मानने के लिए, ब्रिलॉइन क्षेत्र की सीमा पर, वेक्टर में एक ही मॉड्यूल होता है सभी दिशाएँ (जो गोलाकार ब्रिलॉइन क्षेत्र से मेल खाती हैं)। हालांकि, गोलाकार ब्रिलॉइन क्षेत्र वाले त्रि-आयामी क्रिस्टल प्रकृति में मौजूद नहीं हैं। एक नियम के रूप में, इसका एक जटिल बहुभुज आकार है। इस प्रकार, यह पता चला है कि विभिन्न दिशाओं में बैंड अंतराल विभिन्न आवृत्तियों पर मौजूद हैं। केवल अगर डाइइलेक्ट्रिक कंट्रास्ट काफी बड़ा है, तो अलग-अलग दिशाओं में स्टॉप बैंड ओवरलैप हो सकते हैं और सभी दिशाओं में एक पूर्ण बैंड गैप बना सकते हैं। गोलाकार के सबसे करीब (और इस प्रकार बलोच वेक्टर की दिशा से सबसे स्वतंत्र) चेहरा-केंद्रित क्यूबिक (एफसीसी) और हीरे की जाली का पहला ब्रिलॉइन ज़ोन है, जो इस संरचना के साथ 3 डी पीसी को कुल बैंड गैप बनाने के लिए सबसे उपयुक्त बनाता है। स्पेक्ट्रम। उसी समय, ऐसे पीसी के स्पेक्ट्रा में कुल बैंड अंतराल की उपस्थिति के लिए, ढांकता हुआ स्थिरांक में एक बड़े विपरीत की आवश्यकता होती है। यदि हम सापेक्ष भट्ठा चौड़ाई को निरूपित करते हैं, तो 5\%" align="absmiddle"> के मूल्यों को प्राप्त करने के लिए, हीरे और fcc झंझरी के लिए क्रमशः एक कंट्रास्ट की आवश्यकता होती है। , यह ध्यान में रखते हुए कि सभी पीसी प्राप्त किए गए हैं प्रयोग आदर्श नहीं हैं, और संरचना में दोष बैंड अंतराल को काफी कम कर सकते हैं।

क्यूबिक फेस-केंद्रित जाली और उच्च समरूपता के बिंदुओं का पहला ब्रिलॉइन क्षेत्र।

अंत में, हम एक बार फिर बैंड संरचना पर विचार करते समय क्वांटम यांत्रिकी में इलेक्ट्रॉनों के गुणों के साथ पीसी के ऑप्टिकल गुणों की समानता पर ध्यान देते हैं। ठोस बॉडी. हालांकि, फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है: इलेक्ट्रॉनों का एक दूसरे के साथ मजबूत संपर्क होता है। इसलिए, "इलेक्ट्रॉनिक" समस्याओं को, एक नियम के रूप में, कई-इलेक्ट्रॉन प्रभावों को ध्यान में रखने की आवश्यकता होती है, जो समस्या के आयाम को बहुत बढ़ाते हैं, जो अक्सर अपर्याप्त सटीक अनुमानों के उपयोग को मजबूर करता है, जबकि एक पीसी में एक नगण्य नॉनलाइनियर वाले तत्व होते हैं ऑप्टिकल प्रतिक्रिया, यह कठिनाई अनुपस्थित है।

आधुनिक प्रकाशिकी का एक आशाजनक क्षेत्र फोटोनिक क्रिस्टल की सहायता से विकिरण का नियंत्रण है। विशेष रूप से, निकट अवरक्त रेंज में धातु फोटोनिक क्रिस्टल के उत्सर्जन की उच्च चयनात्मकता प्राप्त करने के लिए सैंडिया प्रयोगशाला में लॉग-पाइल्स पीसी का अध्ययन किया गया था, साथ ही मध्य-आईआर रेंज में विकिरण के एक मजबूत दमन के साथ (<20мкм). В этих работах было показано, что для таких ФК излучение в среднем ИК диапазоне сильно подавлено из-за наличия в спектре ФК полной фотонной щели. Однако качество полной фотонной щели падает с ростом температуры из-за увеличения поглощения в вольфраме, что приводит к низкой селективности излучения при высоких температурах.

थर्मल संतुलन में विकिरण के लिए किरचॉफ के नियम के अनुसार, एक भूरे रंग के शरीर (या सतह) की उत्सर्जन इसकी अवशोषण क्षमता के समान होती है। इसलिए, धातु पीसी के उत्सर्जन के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए, कोई उनके अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन कर सकता है। पीसी युक्त दृश्य सीमा (एनएम) में उत्सर्जक संरचना की उच्च चयनात्मकता प्राप्त करने के लिए, ऐसी स्थितियों को चुनना आवश्यक है जिसके तहत दृश्य सीमा में अवशोषण बड़ा हो, और आईआर में दबा हुआ हो।

हमारे कार्यों में http, हमने टंगस्टन के तत्वों के साथ एक फोटोनिक क्रिस्टल के अवशोषण स्पेक्ट्रम में परिवर्तन और ओपल की ज्यामिति के साथ इसके सभी ज्यामितीय मापदंडों में परिवर्तन के साथ विस्तार से विश्लेषण किया: जाली अवधि, टंगस्टन तत्वों का आकार, और पीसी नमूने में परतों की संख्या। एक पीसी में दोषों के अवशोषण स्पेक्ट्रम पर प्रभाव का एक विश्लेषण भी किया गया था जो इसके निर्माण के दौरान उत्पन्न होता है।

फोटोनिक क्रिस्टल के निर्माण के तरीकों का वर्गीकरण।प्रकृति में फोटोनिक क्रिस्टल दुर्लभ हैं। वे प्रकाश के एक विशेष इंद्रधनुषी खेल द्वारा प्रतिष्ठित हैं - एक ऑप्टिकल घटना जिसे इराइजेशन कहा जाता है (ग्रीक से अनुवादित - इंद्रधनुष)। इन खनिजों में कैल्साइट, लैब्राडोराइट और ओपल SiO2 ×n∙H 2 O विभिन्न समावेशन के साथ शामिल हैं। उनमें से सबसे प्रसिद्ध ओपल है - एक अर्ध-कीमती खनिज, जो एक कोलाइडल क्रिस्टल है जिसमें मोनोडिस्पर्स गोलाकार सिलिकॉन ऑक्साइड ग्लोब्यूल्स होते हैं। उत्तरार्द्ध में प्रकाश के खेल से ओपेलेसेंस शब्द आता है, जो केवल इस क्रिस्टल के लिए एक विशेष प्रकार के विकिरण प्रकीर्णन विशेषता को दर्शाता है।

फोटोनिक क्रिस्टल के निर्माण की मुख्य विधियों में वे विधियाँ शामिल हैं जिन्हें तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

1. फोटोनिक क्रिस्टल के स्वतःस्फूर्त गठन का उपयोग करने वाली विधियाँ। विधियों का यह समूह कोलाइडल कणों जैसे मोनोडिस्पर्स सिलिकॉन या पॉलीस्टाइनिन कणों के साथ-साथ अन्य सामग्रियों का उपयोग करता है। ऐसे कण, वाष्पीकरण के दौरान तरल वाष्प में होने के कारण, एक निश्चित मात्रा में जमा हो जाते हैं। जैसे ही कण एक दूसरे के ऊपर बसते हैं, वे एक त्रि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल बनाते हैं, और मुख्य रूप से एक चेहरे-केंद्रित या हेक्सागोनल क्रिस्टल जाली में आदेशित होते हैं। एक मधुकोश विधि भी संभव है, जो उस तरल को छानने पर आधारित है जिसमें कण छोटे बीजाणुओं के माध्यम से स्थित होते हैं। हालांकि छत्ते की विधि अपेक्षाकृत उच्च दर पर एक क्रिस्टल बनाना संभव बनाती है, जो छिद्रों के माध्यम से तरल प्रवाह की दर से निर्धारित होती है, हालांकि, ऐसे क्रिस्टल में दोष सूखने पर बनते हैं। ऐसे अन्य तरीके हैं जो फोटोनिक क्रिस्टल के सहज गठन का उपयोग करते हैं, लेकिन प्रत्येक विधि के अपने फायदे और नुकसान होते हैं। अक्सर, इन विधियों का उपयोग गोलाकार कोलाइडल सिलिकॉन कणों को जमा करने के लिए किया जाता है, हालांकि, परिणामी अपवर्तक सूचकांक विपरीत अपेक्षाकृत छोटा होता है।

2. वस्तु नक़्क़ाशी का उपयोग करने के तरीके। विधियों का यह समूह अर्धचालक सतह पर बने एक फोटोरेसिस्ट मास्क का उपयोग करता है, जो नक़्क़ाशी क्षेत्र की ज्यामिति को परिभाषित करता है। इस तरह के एक मुखौटा का उपयोग करके, सबसे सरल फोटोनिक क्रिस्टल एक अर्धचालक की सतह को नक़्क़ाशी करके बनाया जाता है जो एक फोटोरेसिस्ट के साथ कवर नहीं होता है। इस पद्धति का नुकसान दसियों और सैकड़ों नैनोमीटर के स्तर पर उच्च संकल्प के साथ फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करने की आवश्यकता है। इसके अलावा, केंद्रित आयनों के बीम, जैसे कि गा, का उपयोग नक़्क़ाशी द्वारा फोटोनिक क्रिस्टल बनाने के लिए किया जाता है। इस तरह के आयन बीम फोटोलिथोग्राफी और अतिरिक्त नक़्क़ाशी के उपयोग के बिना सामग्री के हिस्से को निकालना संभव बनाते हैं। नक़्क़ाशी दर बढ़ाने और इसकी गुणवत्ता में सुधार करने के साथ-साथ नक़्क़ाशीदार क्षेत्रों के अंदर सामग्री जमा करने के लिए, आवश्यक गैसों के साथ अतिरिक्त उपचार का उपयोग किया जाता है।

3. होलोग्राफिक तरीके। ऐसी विधियां होलोग्राफी के सिद्धांतों के अनुप्रयोग पर आधारित हैं। होलोग्राफी की सहायता से, स्थानिक दिशाओं में अपवर्तनांक में आवधिक परिवर्तन होते हैं। ऐसा करने के लिए, दो या दो से अधिक सुसंगत तरंगों के हस्तक्षेप का उपयोग करें, जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तीव्रता का आवधिक वितरण बनाता है। एक आयामी फोटोनिक क्रिस्टल दो तरंगों के हस्तक्षेप से बनते हैं। द्वि-आयामी और त्रि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल तीन या अधिक तरंगों के हस्तक्षेप से बनते हैं।

फोटोनिक क्रिस्टल के निर्माण के लिए एक विशिष्ट विधि का चुनाव काफी हद तक इस परिस्थिति से निर्धारित होता है कि संरचना को किस आयाम के निर्माण की आवश्यकता है - एक-आयामी, दो-आयामी, या तीन-आयामी।

एक आयामी आवधिक संरचनाएं।एक-आयामी आवधिक संरचनाएं प्राप्त करने का सबसे सरल और सबसे सामान्य तरीका ढांकता हुआ या अर्धचालक सामग्री से पॉलीक्रिस्टलाइन फिल्मों का वैक्यूम परत-दर-परत बयान है। लेजर दर्पण और हस्तक्षेप फिल्टर के उत्पादन में आवधिक संरचनाओं के उपयोग के संबंध में यह विधि व्यापक हो गई है। ऐसी संरचनाओं में, अपवर्तक सूचकांकों वाली सामग्रियों का उपयोग करते समय, जो लगभग 2 गुना भिन्न होती हैं (उदाहरण के लिए, ZnSe और Na 3 AlF 6), 300 एनएम तक के वर्णक्रमीय प्रतिबिंब बैंड (फोटोनिक बैंड अंतराल) बनाना संभव है, जो लगभग कवर करते हैं। स्पेक्ट्रम का पूरा दृश्य क्षेत्र।

हाल के दशकों में अर्धचालक हेटरोस्ट्रक्चर के संश्लेषण में प्रगति ने आणविक बीम एपिटॉक्सी या ऑर्गोमेटेलिक यौगिकों का उपयोग करके वाष्प जमाव का उपयोग करके विकास दिशा के साथ अपवर्तक सूचकांक में आवधिक परिवर्तन के साथ पूरी तरह से एकल-क्रिस्टल संरचनाएं बनाना संभव बना दिया है। वर्तमान में, ऐसी संरचनाएं लंबवत गुहाओं वाले अर्धचालक लेजर का हिस्सा हैं। सामग्री के अपवर्तक सूचकांकों का अनुपात जो वर्तमान में प्राप्त करने योग्य है, जाहिरा तौर पर, GaAs/Al 2 O 3 जोड़ी से मेल खाती है और लगभग 2 है। इसे ऐसे दर्पणों की क्रिस्टल संरचना की उच्च पूर्णता और गठन की सटीकता पर ध्यान दिया जाना चाहिए एक झंझरी अवधि (लगभग 0.5 एनएम) के स्तर पर परत की मोटाई।

हाल ही में, फोटोलिथोग्राफिक मास्क और चयनात्मक नक़्क़ाशी का उपयोग करके आवधिक एक-आयामी अर्धचालक संरचना बनाने की संभावना का प्रदर्शन किया गया है। सिलिकॉन नक़्क़ाशी करते समय, 1 माइक्रोन या उससे अधिक के क्रम की अवधि के साथ संरचनाएं बनाना संभव है, जबकि निकट अवरक्त क्षेत्र में सिलिकॉन और वायु के अपवर्तक सूचकांकों का अनुपात 3.4 है, अन्य संश्लेषण विधियों द्वारा अप्राप्य एक अभूतपूर्व उच्च मूल्य . भौतिक-तकनीकी संस्थान में प्राप्त समान संरचना का एक उदाहरण। ए एफ Ioffe आरएएस (सेंट पीटर्सबर्ग), अंजीर में दिखाया गया है। 3.96.

चावल। 3.96. एक फोटोलिथोग्राफिक मास्क (संरचना अवधि 8 माइक्रोन) का उपयोग करके अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी द्वारा प्राप्त सिलिकॉन-एयर आवधिक संरचना

द्वि-आयामी आवधिक संरचनाएं।अर्धचालक, धातु और डाइलेक्ट्रिक्स के चयनात्मक नक़्क़ाशी का उपयोग करके द्वि-आयामी आवधिक संरचनाएं तैयार की जा सकती हैं। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में इन सामग्रियों के व्यापक उपयोग के कारण सिलिकॉन और एल्यूमीनियम के लिए चयनात्मक नक़्क़ाशी की तकनीक विकसित की गई है। उदाहरण के लिए, झरझरा सिलिकॉन को एक आशाजनक ऑप्टिकल सामग्री के रूप में माना जाता है जो उच्च स्तर के एकीकरण के साथ एकीकृत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम बनाना संभव बनाता है। क्वांटम आकार प्रभावों के साथ उन्नत सिलिकॉन प्रौद्योगिकियों के संयोजन और फोटोनिक बैंड अंतराल के गठन के सिद्धांतों ने एक नई दिशा - सिलिकॉन फोटोनिक्स का विकास किया है।

मास्क के निर्माण के लिए सबमाइक्रोन लिथोग्राफी का उपयोग 300 एनएम या उससे कम की अवधि के साथ सिलिकॉन संरचनाएं बनाना संभव बनाता है। दृश्य विकिरण के मजबूत अवशोषण के कारण, सिलिकॉन फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग केवल स्पेक्ट्रम के निकट और मध्य-अवरक्त क्षेत्रों में किया जा सकता है। नक़्क़ाशी और ऑक्सीकरण का संयोजन, सिद्धांत रूप में, आवधिक सिलिकॉन ऑक्साइड-वायु संरचनाओं के लिए आगे बढ़ना संभव बनाता है, लेकिन साथ ही, कम अपवर्तक सूचकांक अनुपात (घटक 1.45) एक पूर्ण बैंड अंतराल के गठन की अनुमति नहीं देता है दो आयामों में।

ए 3 बी 5 सेमीकंडक्टर यौगिकों की द्वि-आयामी आवधिक संरचनाएं, जो लिथोग्राफिक मास्क या टेम्प्लेट का उपयोग करके चयनात्मक नक़्क़ाशी द्वारा भी प्राप्त की जाती हैं, आशाजनक प्रतीत होती हैं। ए 3 बी 5 यौगिक आधुनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक की मुख्य सामग्री हैं। InP और GaAs यौगिकों में सिलिकॉन की तुलना में बड़ा बैंड गैप होता है और सिलिकॉन के समान उच्च अपवर्तक सूचकांक मान क्रमशः 3.55 और 3.6 के बराबर होता है।

एल्यूमीनियम ऑक्साइड पर आधारित आवधिक संरचनाएं बहुत दिलचस्प हैं (चित्र। 3.97 ए)। वे धातु एल्यूमीनियम के इलेक्ट्रोकेमिकल नक़्क़ाशी द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, जिसकी सतह पर लिथोग्राफी का उपयोग करके एक मुखौटा बनाया जाता है। इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफिक टेम्प्लेट का उपयोग करते हुए, 100 एनएम से कम के छिद्र व्यास वाले छत्ते से मिलते-जुलते दो-आयामी आवधिक संरचनाएं प्राप्त की गईं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि नक़्क़ाशी की स्थिति के एक निश्चित संयोजन के तहत एल्यूमीनियम की चयनात्मक नक़्क़ाशी किसी भी मास्क या टेम्पलेट (चित्र। 3.97 बी) के उपयोग के बिना भी नियमित संरचना प्राप्त करना संभव बनाती है। इस मामले में, छिद्र व्यास केवल कुछ नैनोमीटर हो सकता है, जो आधुनिक लिथोग्राफिक विधियों के लिए अप्राप्य है। छिद्रों की आवधिकता विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान एल्यूमीनियम ऑक्सीकरण प्रक्रिया के स्व-नियमन से जुड़ी होती है। प्रतिक्रिया के दौरान प्रारंभिक प्रवाहकीय सामग्री (एल्यूमीनियम) को अल 2 ओ 3 में ऑक्सीकृत किया जाता है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड फिल्म, जो एक ढांकता हुआ है, करंट को कम करती है और प्रतिक्रिया को धीमा कर देती है। इन प्रक्रियाओं का संयोजन एक आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया मोड को प्राप्त करना संभव बनाता है, जिसमें छिद्रों के माध्यम से वर्तमान के पारित होने से निरंतर नक़्क़ाशी संभव हो जाती है, और प्रतिक्रिया उत्पाद एक नियमित छत्ते की संरचना बनाता है। छिद्रों की कुछ अनियमितता (चित्र। 3.97 बी) मूल पॉलीक्रिस्टलाइन एल्यूमीनियम फिल्म की दानेदार संरचना के कारण होती है।

चावल। 3.97. अल 2 ओ 3 का द्वि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल: ए) लिथोग्राफिक मास्क का उपयोग करके बनाया गया; बी) ऑक्सीकरण प्रक्रिया के स्व-नियमन की मदद से बनाया गया

नैनोपोरस एल्यूमिना के ऑप्टिकल गुणों के एक अध्ययन ने इस सामग्री की ताकना दिशा के साथ असामान्य रूप से उच्च पारदर्शिता दिखाई। फ्रेस्नेल प्रतिबिंब की अनुपस्थिति, जो अनिवार्य रूप से दो निरंतर मीडिया के बीच इंटरफेस में मौजूद है, संप्रेषण मान 98% तक पहुंच जाता है। छिद्रों के लंबवत दिशाओं में, आपतन कोण के आधार पर परावर्तन गुणांक के साथ एक उच्च परावर्तन देखा जाता है।

सिलिकॉन, गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम फॉस्फाइड के विपरीत, एल्यूमीनियम ऑक्साइड की पारगम्यता के अपेक्षाकृत कम मूल्य, दो आयामों में एक पूर्ण बैंड गैप के गठन की अनुमति नहीं देते हैं। हालांकि, इसके बावजूद, झरझरा एल्यूमिना के ऑप्टिकल गुण काफी दिलचस्प हैं। उदाहरण के लिए, इसमें एक स्पष्ट अनिसोट्रोपिक प्रकाश प्रकीर्णन है, साथ ही द्विअर्थी भी है, जो इसे ध्रुवीकरण विमान को घुमाने के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है। विभिन्न रासायनिक विधियों का उपयोग करके, विभिन्न आक्साइडों के साथ-साथ वैकल्पिक रूप से सक्रिय सामग्री, जैसे कि गैर-रेखीय ऑप्टिकल मीडिया, कार्बनिक और अकार्बनिक ल्यूमिनोफोर्स, और इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट यौगिकों के साथ छिद्रों को भरना संभव है।

त्रि-आयामी आवधिक संरचनाएं।त्रि-आयामी आवधिक संरचनाएं ऐसी वस्तुएं हैं जिनमें प्रयोगात्मक कार्यान्वयन के लिए सबसे बड़ी तकनीकी कठिनाइयां हैं। ऐतिहासिक रूप से, त्रि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल बनाने का पहला तरीका ई। याब्लोनोविच द्वारा प्रस्तावित सामग्री की मात्रा में बेलनाकार छिद्रों के यांत्रिक ड्रिलिंग पर आधारित विधि माना जाता है। ऐसी त्रि-आयामी आवधिक संरचना का निर्माण एक श्रमसाध्य कार्य है; इसलिए, कई शोधकर्ताओं ने अन्य तरीकों से एक फोटोनिक क्रिस्टल बनाने का प्रयास किया है। इस प्रकार, लिन-फ्लेमिंग विधि में, सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक परत एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर लागू होती है, जिसमें समानांतर स्ट्रिप्स बनते हैं, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से भरे होते हैं। इसके अलावा, सिलिकॉन डाइऑक्साइड लगाने की प्रक्रिया दोहराई जाती है, लेकिन स्ट्रिप्स लंबवत दिशा में बनती हैं। आवश्यक संख्या में परतें बनाने के बाद, नक़्क़ाशी द्वारा सिलिकॉन ऑक्साइड को हटा दिया जाता है। नतीजतन, पॉलीसिलिकॉन छड़ का एक "लकड़ी का ढेर" बनता है (चित्र। 3.98)। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सबमाइक्रोन इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफी और अनिसोट्रोपिक आयन नक़्क़ाशी के आधुनिक तरीकों का उपयोग 10 से कम संरचनात्मक कोशिकाओं की मोटाई के साथ फोटोनिक क्रिस्टल प्राप्त करना संभव बनाता है।

चावल। 3.98. पॉलीसिलिकॉन रॉड से 3डी फोटोनिक संरचना

स्व-संगठित संरचनाओं के उपयोग के आधार पर दृश्य सीमा के लिए फोटोनिक क्रिस्टल बनाने के तरीके व्यापक हो गए हैं। ग्लोब्यूल्स (गेंदों) से फोटोनिक क्रिस्टल को "संयोजन" करने का विचार प्रकृति से उधार लिया गया है। उदाहरण के लिए, यह ज्ञात है कि प्राकृतिक ओपल में फोटोनिक क्रिस्टल के गुण होते हैं। इसकी रासायनिक संरचना के अनुसार, प्राकृतिक खनिज ओपल एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड हाइड्रोजेल SiO 2 × H 2 O है जिसमें एक चर पानी की मात्रा होती है: SiO 2 - 65 - 90 wt। %; एच 2 ओ - 4.5-20%; अल 2 ओ 3 - 9% तक; फे 2 ओ 3 - 3% तक; टीआईओ 2 - 5% तक। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, यह पाया गया कि प्राकृतिक ओपल α-SiO 2 के निकट-पैक गोलाकार कणों द्वारा बनते हैं, आकार में समान, 150-450 एनएम व्यास में। प्रत्येक कण में 5-50 एनएम के व्यास के साथ छोटे गोलाकार संरचनाएं होती हैं। ग्लोब्यूल पैकिंग voids अनाकार सिलिकॉन ऑक्साइड से भरे हुए हैं। विवर्तित प्रकाश की तीव्रता दो कारकों से प्रभावित होती है: पहला ग्लोब्यूल्स की "आदर्श" सघन पैकिंग है, दूसरा अनाकार और क्रिस्टलीय ऑक्साइड SiO2 के अपवर्तक सूचकांकों में अंतर है। नोबल ब्लैक ओपल में प्रकाश का सबसे अच्छा खेल होता है (उनके लिए, अपवर्तक सूचकांक मूल्यों में अंतर ~ 0.02 है)।

विभिन्न तरीकों से कोलाइडल कणों से गोलाकार फोटोनिक क्रिस्टल बनाना संभव है: प्राकृतिक अवसादन (गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र या केन्द्रापसारक बलों की कार्रवाई के तहत एक तरल या गैस में एक छितरी हुई अवस्था की वर्षा), सेंट्रीफ्यूजेशन, झिल्ली का उपयोग करके निस्पंदन, वैद्युतकणसंचलन, आदि। गोलाकार कण कोलाइडल कण पॉलीस्टाइनिन, पॉलीमेथाइल मेथैक्रिलेट, सिलिकॉन डाइऑक्साइड के कण α-SiO 2 के रूप में कार्य करते हैं।

प्राकृतिक वर्षा विधि बहुत धीमी प्रक्रिया है, जिसमें कई सप्ताह या महीने भी लगते हैं। काफी हद तक, सेंट्रीफ्यूजेशन कोलाइडल क्रिस्टल के निर्माण की प्रक्रिया को तेज करता है, लेकिन इस तरह से प्राप्त सामग्री कम ऑर्डर की जाती है, क्योंकि उच्च जमाव दर पर, आकार द्वारा कणों को अलग करने का समय नहीं होता है। अवसादन प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए, वैद्युतकणसंचलन का उपयोग किया जाता है: एक ऊर्ध्वाधर विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है, जो कणों के गुरुत्वाकर्षण को उनके आकार के आधार पर "बदल" देता है। केशिका बलों के उपयोग पर आधारित विधियों का भी उपयोग किया जाता है। मुख्य विचार यह है कि, केशिका बलों की कार्रवाई के तहत, ऊर्ध्वाधर सब्सट्रेट और निलंबन के बीच मेनिस्कस सीमा पर क्रिस्टलीकरण होता है, और जैसे ही विलायक वाष्पित हो जाता है, एक ठीक आदेशित संरचना का निर्माण होता है। इसके अतिरिक्त, एक ऊर्ध्वाधर तापमान ढाल का उपयोग किया जाता है, जो संवहन धाराओं के कारण प्रक्रिया की गति और निर्मित क्रिस्टल की गुणवत्ता को बेहतर ढंग से अनुकूलित करना संभव बनाता है। सामान्य तौर पर, तकनीक का चुनाव परिणामी क्रिस्टल की गुणवत्ता और उनके निर्माण में लगने वाले समय के लिए आवश्यकताओं द्वारा निर्धारित किया जाता है।

प्राकृतिक अवसादन द्वारा सिंथेटिक ओपल उगाने की तकनीकी प्रक्रिया को कई चरणों में विभाजित किया जा सकता है। प्रारंभ में, गोलाकार सिलिकॉन ऑक्साइड ग्लोब्यूल्स का एक मोनोडिस्पर्स (व्यास में ~ 5% विचलन) निलंबन तैयार किया जाता है। औसत कण व्यास एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकता है: 200 से 1000 एनएम तक। मोनोडिस्पर्स कोलाइडल सिलिकॉन डाइऑक्साइड माइक्रोपार्टिकल्स प्राप्त करने के लिए सबसे प्रसिद्ध विधि उत्प्रेरक के रूप में अमोनियम हाइड्रॉक्साइड की उपस्थिति में पानी-अल्कोहल माध्यम में टेट्राएथोक्सीसिलेन सी (सी 2 एच 4 ओएच) 4 के हाइड्रोलिसिस पर आधारित है। इस विधि का उपयोग उच्च स्तर की मोनोडिस्पर्सिटी (व्यास में 3% से कम विचलन) के साथ लगभग आदर्श गोलाकार आकार की चिकनी सतह के साथ कणों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है, साथ ही एक संकीर्ण आकार के साथ 200 एनएम से कम आकार वाले कण बनाने के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। वितरण। ऐसे कणों की आंतरिक संरचना भग्न होती है: कणों में करीब-करीब छोटे गोले (व्यास में कई दसियों नैनोमीटर) होते हैं, और इस तरह के प्रत्येक गोले का निर्माण सिलिकॉन पॉलीहाइड्रॉक्सो कॉम्प्लेक्स द्वारा किया जाता है जिसमें 10-100 परमाणु होते हैं।

अगला चरण कणों का निक्षेपण है (चित्र 3.99)। यह कई महीनों तक चल सकता है। निक्षेपण चरण के पूरा होने पर, एक घनी-भरी आवर्त संरचना का निर्माण होता है। इसके बाद, अवक्षेप को लगभग 600 के तापमान पर सुखाया जाता है और annealed किया जाता है। एनीलिंग के दौरान, गोले संपर्क के बिंदुओं पर नरम और विकृत हो जाते हैं। नतीजतन, सिंथेटिक ओपल की सरंध्रता एक आदर्श घने गोलाकार पैकिंग की तुलना में कम है। फोटोनिक क्रिस्टल विकास अक्ष की दिशा के लंबवत, ग्लोब्यूल्स अत्यधिक क्रमबद्ध हेक्सागोनल क्लोज-पैक परतों का निर्माण करते हैं।

चावल। 3.99. सिंथेटिक ओपल उगाने के चरण: क) कणों का जमाव;

बी) अवक्षेप को सुखाना; सी) नमूना annealing

अंजीर पर। 3.100a इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को स्कैन करके प्राप्त सिंथेटिक ओपल का एक माइक्रोग्राफ दिखाता है। गोले के आयाम 855 एनएम हैं। सिंथेटिक ओपल में खुले सरंध्रता की उपस्थिति विभिन्न सामग्रियों के साथ रिक्तियों को भरना संभव बनाती है। ओपल मैट्रिसेस परस्पर जुड़े हुए नैनोसाइज्ड पोर्स के त्रि-आयामी सबलैटिस हैं। छिद्रों का आकार सैकड़ों नैनोमीटर के क्रम में होता है, और छिद्रों को जोड़ने वाले चैनलों का आकार दसियों नैनोमीटर तक पहुंच जाता है। इस प्रकार, फोटोनिक क्रिस्टल पर आधारित नैनोकंपोजिट प्राप्त होते हैं। उच्च गुणवत्ता वाले नैनोकम्पोजिट के निर्माण में मुख्य आवश्यकता नैनोपोरस स्थान को भरने की पूर्णता है। भरना विभिन्न तरीकों से किया जाता है: पिघल में एक समाधान से परिचय; विलायक के वाष्पीकरण के बाद केंद्रित समाधानों के साथ संसेचन; विद्युत रासायनिक विधियाँ, रासायनिक वाष्प जमाव आदि।

चावल। 3.100. फोटोनिक क्रिस्टल के फोटोमिकोग्राफ: ए) सिंथेटिक ओपल से;

बी) पॉलीस्टाइनिन माइक्रोस्फीयर से

इस तरह के कंपोजिट से सिलिकॉन ऑक्साइड की चयनात्मक नक़्क़ाशी के परिणामस्वरूप उच्च सरंध्रता (वॉल्यूम का 74%) के साथ स्थानिक रूप से क्रमबद्ध नैनोस्ट्रक्चर का निर्माण होता है, जिसे उलटा या उल्टा ओपल कहा जाता है। फोटोनिक क्रिस्टल प्राप्त करने की इस विधि को टेम्पलेट विधि कहा जाता है। एक फोटोनिक क्रिस्टल बनाने वाले मोनोडिस्पर्स कोलाइडल कणों के आदेश के अनुसार, न केवल सिलिकॉन ऑक्साइड कण, बल्कि, उदाहरण के लिए, बहुलक वाले भी कार्य कर सकते हैं। पॉलीस्टाइनिन माइक्रोस्फीयर पर आधारित एक फोटोनिक क्रिस्टल का एक उदाहरण अंजीर में दिखाया गया है। 3.100बी

फोटोनिक क्रिस्टल के असामान्य गुण बड़ी संख्या में कार्यों और हाल ही में मोनोग्राफ का विषय रहे हैं। याद रखें कि फोटोनिक क्रिस्टल एक ऐसा कृत्रिम माध्यम है जिसमें, ढांकता हुआ मापदंडों (अर्थात् अपवर्तक सूचकांक) में आवधिक परिवर्तन के कारण, विद्युत चुम्बकीय तरंगों (प्रकाश) के प्रसार के गुण वास्तविक क्रिस्टल में फैलने वाले इलेक्ट्रॉनों के गुणों के समान हो जाते हैं। तदनुसार, "फोटोनिक क्रिस्टल" शब्द फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की समानता पर जोर देता है। फोटॉन के गुणों का परिमाणीकरण इस तथ्य की ओर जाता है कि एक फोटोनिक क्रिस्टल में फैलने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग के स्पेक्ट्रम में, निषिद्ध बैंड दिखाई दे सकते हैं, जिसमें फोटॉन राज्यों का घनत्व शून्य के बराबर होता है।

एक पूर्ण बैंडगैप के साथ एक त्रि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल को पहली बार माइक्रोवेव रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए महसूस किया गया था। एक निरपेक्ष बैंड गैप के अस्तित्व का अर्थ है कि एक निश्चित आवृत्ति बैंड में विद्युत चुम्बकीय तरंगें किसी भी दिशा में क्रिस्टल में प्रचार नहीं कर सकती हैं, क्योंकि फोटॉन की स्थिति का घनत्व जिसकी ऊर्जा इस आवृत्ति बैंड से मेल खाती है, क्रिस्टल में किसी भी बिंदु पर शून्य के बराबर होती है। . वास्तविक क्रिस्टल की तरह, बैंड गैप की उपस्थिति और गुणों के संदर्भ में फोटोनिक क्रिस्टल कंडक्टर, अर्धचालक, इन्सुलेटर और सुपरकंडक्टर्स हो सकते हैं। यदि एक फोटोनिक क्रिस्टल के बैंड गैप में "दोष" हैं, तो एक "दोष" द्वारा एक फोटॉन का "कैप्चर" संभव है, ठीक उसी तरह जैसे बैंड गैप में स्थित संबंधित अशुद्धता द्वारा इलेक्ट्रॉन या छेद को कैप्चर किया जाता है। एक अर्धचालक का।

बैंड गैप के अंदर स्थित ऊर्जा के साथ ऐसी प्रसार तरंगों को दोष मोड कहा जाता है।

फोटोनिक क्रिस्टल मेटामटेरियल अपवर्तन

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एक फोटोनिक क्रिस्टल के असामान्य गुण तब देखे जाते हैं जब क्रिस्टल के यूनिट सेल के आयाम उसमें फैलने वाली तरंग की लंबाई के क्रम के होते हैं। यह स्पष्ट है कि प्रकाश की दृश्य सीमा में आदर्श फोटोनिक क्रिस्टल केवल सबमाइक्रोन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके उत्पादित किए जा सकते हैं। आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी का स्तर ऐसे त्रि-आयामी क्रिस्टल बनाना संभव बनाता है।

फोटोनिक क्रिस्टल के अनुप्रयोग बहुत अधिक हैं - ऑप्टिकल आइसोलेटर्स, ऑप्टिकल आइसोलेटर्स, स्विचेस, मल्टीप्लेक्सर्स, आदि। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, अत्यंत महत्वपूर्ण संरचनाओं में से एक फोटोनिक-क्रिस्टल ऑप्टिकल फाइबर है। वे पहले एक घने पैक में इकट्ठे हुए कांच के केशिकाओं के एक सेट से बने थे, जिसे बाद में पारंपरिक ड्राइंग के अधीन किया गया था। परिणाम एक ऑप्टिकल फाइबर था जिसमें लगभग 1 माइक्रोन की विशेषता आकार के साथ नियमित रूप से दूरी वाले छेद होते थे। इसके बाद, विभिन्न विन्यासों और विभिन्न गुणों के ऑप्टिकल फोटोनिक-क्रिस्टल फाइबर प्राप्त किए गए (चित्र 9)।

रेडियो इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स संस्थान और रूसी विज्ञान अकादमी के फाइबर ऑप्टिक्स के अनुसंधान केंद्र में फोटोनिक-क्रिस्टल लाइट गाइड बनाने के लिए एक नई ड्रिलिंग विधि विकसित की गई है। सबसे पहले, किसी भी मैट्रिक्स के साथ यांत्रिक छेद एक मोटी क्वार्ट्ज वर्कपीस में ड्रिल किए गए थे, और फिर वर्कपीस तैयार किया गया था। नतीजतन, एक उच्च गुणवत्ता वाले फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर प्राप्त किया गया था। ऐसे तंतुओं में, विभिन्न आकृतियों और आकारों के दोष पैदा करना आसान होता है, ताकि उनमें प्रकाश के कई तरीके एक साथ उत्तेजित हो सकें, जिनकी आवृत्तियां एक फोटोनिक क्रिस्टल के बैंड गैप में होती हैं। दोष, विशेष रूप से, एक खोखले चैनल का रूप हो सकता है, जिससे प्रकाश क्वार्ट्ज में नहीं, बल्कि हवा के माध्यम से फैलेगा, जो फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर के लंबे वर्गों में नुकसान को काफी कम कर सकता है। फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर में दृश्य और अवरक्त विकिरण का प्रसार विभिन्न प्रकार की भौतिक घटनाओं के साथ होता है: रमन बिखरना, हार्मोनिक मिश्रण, हार्मोनिक पीढ़ी, जो अंततः सुपरकॉन्टिनम पीढ़ी की ओर जाता है।

कोई कम दिलचस्प नहीं, भौतिक प्रभावों और संभावित अनुप्रयोगों के अध्ययन के दृष्टिकोण से, एक और दो-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल हैं। कड़ाई से बोलते हुए, ये संरचनाएं फोटोनिक क्रिस्टल नहीं हैं, लेकिन उन्हें ऐसा माना जा सकता है जब विद्युत चुम्बकीय तरंगें कुछ दिशाओं में फैलती हैं। एक विशिष्ट एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल एक बहुपरत आवधिक संरचना है, जिसमें बहुत भिन्न अपवर्तक सूचकांकों के साथ कम से कम दो पदार्थों की परतें होती हैं। यदि एक विद्युत चुम्बकीय तरंग सामान्य के साथ फैलती है, तो कुछ आवृत्तियों के लिए ऐसी संरचना में एक निषिद्ध बैंड दिखाई देता है। यदि संरचना की परतों में से एक को एक अलग अपवर्तक सूचकांक वाले पदार्थ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है या एक परत की मोटाई बदल दी जाती है, तो ऐसी परत एक तरंग को पकड़ने में सक्षम दोष होगी जिसकी आवृत्ति बैंड गैप में होती है।

एक ढांकता हुआ गैर-चुंबकीय संरचना में एक चुंबकीय दोष परत की उपस्थिति से ऐसी संरचना में प्रसार के दौरान तरंग के फैराडे रोटेशन में कई वृद्धि होती है और माध्यम की ऑप्टिकल पारदर्शिता में वृद्धि होती है।

सामान्यतया, फोटोनिक क्रिस्टल में चुंबकीय परतों की उपस्थिति उनके गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकती है, मुख्यतः माइक्रोवेव रेंज में। तथ्य यह है कि माइक्रोवेव रेंज में, एक निश्चित आवृत्ति बैंड में फेरोमैग्नेट्स की चुंबकीय पारगम्यता नकारात्मक होती है, जो मेटामटेरियल्स के निर्माण में उनके उपयोग की सुविधा प्रदान करती है। ऐसे पदार्थों को धात्विक गैर-चुंबकीय परतों या व्यक्तिगत कंडक्टरों या कंडक्टरों की आवधिक संरचनाओं से युक्त संरचनाओं के साथ संयुग्मित करके, चुंबकीय और ढांकता हुआ पारगम्यता के नकारात्मक मूल्यों के साथ संरचनाएं बनाना संभव है। एक उदाहरण रूसी विज्ञान अकादमी के रेडियो इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स संस्थान में बनाई गई संरचनाएं हैं, जिन्हें मैग्नेटोस्टैटिक स्पिन तरंगों के "नकारात्मक" प्रतिबिंब और अपवर्तन का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस तरह की संरचना yttrium लोहे के गार्नेट की एक फिल्म है जिसकी सतह पर धातु के कंडक्टर होते हैं। पतली फेरोमैग्नेटिक फिल्मों में फैलने वाली मैग्नेटोस्टैटिक स्पिन तरंगों के गुण बाहरी चुंबकीय क्षेत्र पर दृढ़ता से निर्भर करते हैं। सामान्य स्थिति में, इस तरह की तरंगों में से एक पिछड़ी लहर है, इसलिए इस प्रकार की लहर के लिए तरंग वेक्टर और पॉयिंग वेक्टर का अदिश उत्पाद नकारात्मक है।

फोटोनिक क्रिस्टल में पश्च तरंगों का अस्तित्व भी क्रिस्टल के गुणों की आवधिकता के कारण होता है। विशेष रूप से, उन तरंगों के लिए जिनके तरंग वैक्टर पहले ब्रिलॉइन ज़ोन में स्थित हैं, प्रसार की स्थिति को सीधी तरंगों के लिए संतुष्ट किया जा सकता है, और दूसरे ब्रिलॉइन ज़ोन में समान तरंगों के लिए, जैसे कि पिछड़े लोगों के लिए। मेटामटेरियल्स की तरह, फोटोनिक क्रिस्टल भी तरंगों के प्रसार में असामान्य गुण प्रदर्शित कर सकते हैं, जैसे "नकारात्मक" अपवर्तन।

हालांकि, फोटोनिक क्रिस्टल मेटामटेरियल हो सकते हैं जिसके लिए न केवल माइक्रोवेव रेंज में "नकारात्मक" अपवर्तन की घटना संभव है, बल्कि ऑप्टिकल आवृत्ति रेंज में भी संभव है। प्रयोग ब्रिलॉइन क्षेत्र के केंद्र के पास पहले निषिद्ध क्षेत्र की आवृत्ति से अधिक आवृत्तियों वाली तरंगों के लिए फोटोनिक क्रिस्टल में "नकारात्मक" अपवर्तन के अस्तित्व की पुष्टि करते हैं। यह नकारात्मक समूह वेग के प्रभाव के कारण है और, परिणामस्वरूप, तरंग के लिए नकारात्मक अपवर्तनांक। वास्तव में, इस आवृत्ति रेंज में, तरंगें पीछे की ओर हो जाती हैं।

परिचय प्राचीन काल से, एक व्यक्ति जिसने एक फोटोनिक क्रिस्टल पाया है, उसमें प्रकाश के एक विशेष इंद्रधनुषी खेल से मोहित हो गया है। यह पाया गया कि विभिन्न जानवरों और कीड़ों के तराजू और पंखों के इंद्रधनुषी अतिप्रवाह उन पर सुपरस्ट्रक्चर के अस्तित्व के कारण होते हैं, जिन्हें उनके प्रतिबिंबित गुणों के लिए फोटोनिक क्रिस्टल नाम मिला। फोटोनिक क्रिस्टल प्रकृति में पाए जाते हैं: खनिज (कैल्साइट, लैब्राडोराइट, ओपल); तितलियों के पंखों पर; बीटल के गोले; कुछ कीड़ों की आंखें; शैवाल; मछली के तराजू; मोर पंख. 3

फोटोनिक क्रिस्टल यह एक ऐसी सामग्री है जिसकी संरचना स्थानिक दिशाओं में अपवर्तक सूचकांक में आवधिक परिवर्तन द्वारा विशेषता है, एल्यूमीनियम ऑक्साइड पर आधारित फोटोनिक क्रिस्टल। एम. देउबेल, जी.वी. फ्रीमैन, मार्टिन वेगेनर, सुरेश परेरा, कर्ट बुश और कोस्टास एम. सौकौलिस "दूरसंचार के लिए त्रि-आयामी फोटोनिक-क्रिस्टल टेम्पलेट्स का प्रत्यक्ष लेजर लेखन" // प्रकृति सामग्री वॉल्यूम। 3, पी

थोड़ा इतिहास... 1887 रेले ने सबसे पहले आवधिक संरचनाओं में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की जांच की, जो कि एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल फोटोनिक क्रिस्टल के अनुरूप है - यह शब्द 1980 के दशक के अंत में पेश किया गया था। अर्धचालकों के ऑप्टिकल एनालॉग को निरूपित करने के लिए। ये एक पारभासी ढांकता हुआ से बने कृत्रिम क्रिस्टल हैं जिसमें हवा के "छेद" एक व्यवस्थित तरीके से बनाए जाते हैं। 5

फोटोनिक क्रिस्टल - विश्व ऊर्जा का भविष्य उच्च तापमान वाले फोटोनिक क्रिस्टल न केवल ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य कर सकते हैं, बल्कि अत्यंत उच्च गुणवत्ता वाले डिटेक्टर (ऊर्जा, रसायन) और सेंसर के रूप में भी कार्य कर सकते हैं। मैसाचुसेट्स के वैज्ञानिकों द्वारा बनाए गए फोटोनिक क्रिस्टल टंगस्टन और टैंटलम पर आधारित हैं। यह यौगिक बहुत उच्च तापमान पर संतोषजनक ढंग से काम करने में सक्षम है। तक। फोटोनिक क्रिस्टल के लिए एक प्रकार की ऊर्जा को दूसरे में परिवर्तित करना शुरू करने के लिए, उपयोग के लिए सुविधाजनक, कोई भी स्रोत (थर्मल, रेडियो उत्सर्जन, कठोर विकिरण, धूप, आदि) करेगा। 6

एक फोटोनिक क्रिस्टल (विस्तारित क्षेत्रों का आरेख) में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का फैलाव नियम। दाहिनी ओर क्रिस्टल में दी गई दिशा के लिए आवृत्ति के बीच संबंध को दर्शाता है? और आरईक्यू (ठोस वक्र) और आईएमक्यू (स्टॉप जोन ओमेगा में धराशायी वक्र) के मान -

फोटोनिक गैप थ्योरी 1987 तक बेल कम्युनिकेशंस रिसर्च (अब यूसीएलए में एक प्रोफेसर) के एली याब्लोनोविच ने इलेक्ट्रोमैग्नेटिक बैंड गैप की धारणा पेश की थी। क्षितिज का विस्तार करने के लिए: एली याब्लोनोविच याब्लोनोविच-यूसी-बर्कले द्वारा व्याख्यान/जॉन पेंड्री द्वारा व्याख्यान देखें जॉन-पेंड्री-इंपीरियल-कॉलेज/देखें 9

प्रकृति में, फोटोनिक क्रिस्टल भी पाए जाते हैं: अफ्रीकी स्वेलोटेल तितलियों के पंखों पर, मोलस्क के गोले की मदर-ऑफ-पर्ल कोटिंग, जैसे कि गैलियोटिस, समुद्री माउस के बार्नाकल और पॉलीचेट वर्म के बाल। एक ओपल कंगन की तस्वीर। ओपल एक प्राकृतिक फोटोनिक क्रिस्टल है। इसे "भ्रामक आशाओं का पत्थर" कहा जाता है 10

वर्णक कोटिंग का कोई ताप और प्रकाश-रासायनिक विनाश नहीं" शीर्षक = "(!LANG: जीवित जीवों के लिए अवशोषण तंत्र (अवशोषण तंत्र) पर FA-आधारित फिल्टर के लाभ: हस्तक्षेप रंग के लिए प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण और अपव्यय की आवश्यकता नहीं होती है, => वर्णक कोटिंग का कोई हीटिंग और फोटोकैमिकल विनाश नहीं" class="link_thumb"> 12 !}जीवित जीवों के लिए अवशोषण तंत्र (अवशोषण तंत्र) पर एफए-आधारित फिल्टर के लाभ: हस्तक्षेप रंग के लिए प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण और अपव्यय की आवश्यकता नहीं होती है, => वर्णक कोटिंग का कोई ताप और फोटोकैमिकल विनाश नहीं होता है। गर्म जलवायु में रहने वाली तितलियों में एक इंद्रधनुषी पंख पैटर्न होता है, और सतह पर फोटोनिक क्रिस्टल की संरचना को प्रकाश के अवशोषण को कम करने के लिए पाया गया है और इसलिए, पंखों का ताप। समुद्री माउस लंबे समय से फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग कर रहा है। 12 वर्णक कोट का कोई ताप और फोटोकैमिकल विनाश नहीं "> वर्णक कोटिंग का कोई ताप और फोटोकैमिकल विनाश नहीं। गर्म जलवायु में रहने वाली तितलियों में एक इंद्रधनुषी पंख पैटर्न होता है, और सतह पर फोटोनिक क्रिस्टल की संरचना, जैसा कि यह निकला, कम कर देता है प्रकाश का अवशोषण और, परिणामस्वरूप, पंखों का ताप। समुद्री माउस पहले से ही लंबे समय से फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग कर रहा है। , => वर्णक का कोई ताप और फोटोकैमिकल विनाश नहीं"> title="जीवित जीवों के लिए अवशोषण तंत्र (अवशोषण तंत्र) पर एफए-आधारित फिल्टर के लाभ: हस्तक्षेप रंग के लिए प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण और अपव्यय की आवश्यकता नहीं होती है, => वर्णक कोटिंग का कोई ताप और फोटोकैमिकल विनाश नहीं होता है"> !}

मॉर्फो डिडियस इंद्रधनुषी तितली और विवर्तनिक जैविक माइक्रोस्ट्रक्चर के उदाहरण के रूप में इसके पंख का माइक्रोग्राफ। इंद्रधनुषी प्राकृतिक ओपल (अर्ध-कीमती पत्थर) और इसकी सूक्ष्म संरचना की छवि, जिसमें सिलिकॉन डाइऑक्साइड के बंद-पैक गोले शामिल हैं। तेरह

फोटोनिक क्रिस्टल का वर्गीकरण 1. एक आयामी। जिसमें अपवर्तनांक एक स्थानिक दिशा में समय-समय पर बदलता रहता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। इस आंकड़े में, प्रतीक Λ अपवर्तक सूचकांक के परिवर्तन की अवधि और दो सामग्रियों के अपवर्तक सूचकांकों को दर्शाता है (लेकिन सामान्य तौर पर कितनी भी सामग्री मौजूद हो सकती है)। इस तरह के फोटोनिक क्रिस्टल में विभिन्न अपवर्तक सूचकांकों के साथ एक दूसरे के समानांतर विभिन्न सामग्रियों की परतें होती हैं और परतों के लंबवत एक स्थानिक दिशा में उनके गुण प्रदर्शित कर सकते हैं। 14

2. द्वि-आयामी। जिसमें अपवर्तनांक दो स्थानिक दिशाओं में समय-समय पर बदलता रहता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। इस आकृति में, n1 के अपवर्तनांक वाले आयताकार क्षेत्रों द्वारा एक फोटोनिक क्रिस्टल बनाया जाता है, जो n2 के अपवर्तनांक वाले माध्यम में होते हैं। इस मामले में, अपवर्तनांक n1 वाले क्षेत्रों को द्वि-आयामी घन जाली में व्यवस्थित किया जाता है। इस तरह के फोटोनिक क्रिस्टल अपने गुणों को दो स्थानिक दिशाओं में प्रदर्शित कर सकते हैं, और अपवर्तक सूचकांक n1 वाले क्षेत्रों का आकार आयतों तक सीमित नहीं है, जैसा कि चित्र में है, लेकिन कोई भी (मंडल, दीर्घवृत्त, मनमाना, आदि) हो सकता है। क्रिस्टल जाली जिसमें इन क्षेत्रों का आदेश दिया गया है, वह भी भिन्न हो सकता है, न कि केवल घन, जैसा कि चित्र में है। 15

3. त्रि-आयामी। जिसमें अपवर्तनांक समय-समय पर तीन स्थानिक दिशाओं में बदलता रहता है। इस तरह के फोटोनिक क्रिस्टल तीन स्थानिक दिशाओं में अपने गुणों को प्रदर्शित कर सकते हैं, और उन्हें त्रि-आयामी में क्रमबद्ध वॉल्यूमेट्रिक क्षेत्रों (गोले, क्यूब्स, आदि) की एक सरणी के रूप में दर्शाया जा सकता है। क्रिस्टल लैटिस. 16

फोटोनिक क्रिस्टल के अनुप्रयोग पहला अनुप्रयोग वर्णक्रमीय चैनल पृथक्करण है। कई मामलों में, एक नहीं, बल्कि कई प्रकाश संकेत एक ऑप्टिकल फाइबर के साथ यात्रा करते हैं। उन्हें कभी-कभी क्रमबद्ध करने की आवश्यकता होती है - प्रत्येक को एक अलग रास्ते पर भेजने के लिए। उदाहरण के लिए - एक ऑप्टिकल टेलीफोन केबल, जिसके माध्यम से एक ही समय में विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर कई वार्तालाप होते हैं। एक फोटोनिक क्रिस्टल धारा से वांछित तरंग दैर्ध्य को "नक्काशी" करने और इसे जहां आवश्यक हो वहां निर्देशित करने के लिए एक आदर्श उपकरण है। दूसरा प्रकाश प्रवाह के लिए एक क्रॉस है। ऐसा उपकरण, जो प्रकाश चैनलों को भौतिक रूप से पार करते समय आपसी प्रभाव से बचाता है, एक हल्का कंप्यूटर और हल्का कंप्यूटर चिप्स बनाते समय बिल्कुल आवश्यक है। 17

दूरसंचार में फोटोनिक क्रिस्टल पहले विकास की शुरुआत के इतने साल नहीं हुए हैं, क्योंकि निवेशकों के लिए यह स्पष्ट हो गया है कि फोटोनिक क्रिस्टल मौलिक रूप से नए प्रकार की ऑप्टिकल सामग्री हैं और उनका उज्ज्वल भविष्य है। व्यावसायिक अनुप्रयोग के स्तर तक ऑप्टिकल रेंज के फोटोनिक क्रिस्टल के विकास का उत्पादन, सबसे अधिक संभावना है, दूरसंचार के क्षेत्र में होगा। अठारह

पीसी प्लस प्राप्त करने के लिए लिथोग्राफिक और होलोग्राफिक विधियों के फायदे और नुकसान: उच्च गुणवत्तागठित संरचना। तेजी से उत्पादन की गति बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसानी नुकसान महंगे उपकरण की आवश्यकता होती है किनारे की तीक्ष्णता की संभावित गिरावट सेटअप बनाने में कठिनाई 22

तल पर एक क्लोज-अप 10 एनएम के क्रम के शेष खुरदरापन को दर्शाता है। होलोग्राफिक लिथोग्राफी द्वारा बनाए गए हमारे एसयू-8 टेम्प्लेट पर वही खुरदरापन दिखाई देता है। यह स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि यह खुरदरापन निर्माण प्रक्रिया से संबंधित नहीं है, बल्कि फोटोरेसिस्ट के अंतिम संकल्प से संबंधित है। 24

दूरसंचार मोड में मूलभूत PBGs तरंग दैर्ध्य को 1.5 µm और 1.3 µm से स्थानांतरित करने के लिए, छड़ के तल में 1 µm या उससे कम के क्रम की दूरी होना आवश्यक है। गढ़े हुए नमूनों में एक समस्या है: छड़ें एक-दूसरे के संपर्क में आने लगती हैं, जिससे अंश का अवांछित बड़ा भरण हो जाता है। हल: छड़ के व्यास को कम करना, इसलिए भिन्न को भरना, ऑक्सीजन प्लाज्मा में नक़्क़ाशी करके 26

एक पीसी के ऑप्टिकल गुण माध्यम की आवधिकता के कारण, एक फोटोनिक क्रिस्टल के अंदर विकिरण का प्रसार एक आवधिक क्षमता की क्रिया के तहत एक साधारण क्रिस्टल के अंदर एक इलेक्ट्रॉन की गति के समान हो जाता है। कुछ शर्तों के तहत, एक पीसी की बैंड संरचना में अंतराल बनते हैं, इसी तरह प्राकृतिक क्रिस्टल में निषिद्ध इलेक्ट्रॉनिक बैंड। 27

एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड सब्सट्रेट पर एक वर्ग-घोंसले तरीके से लगाए गए ऊर्ध्वाधर ढांकता हुआ छड़ की आवधिक संरचना बनाकर एक द्वि-आयामी आवधिक फोटोनिक क्रिस्टल प्राप्त किया जाता है। एक फोटोनिक क्रिस्टल में "दोष" रखकर, वेवगाइड बनाना संभव है, जो किसी भी कोण पर मुड़े हुए हों, बैंडगैप 28 के साथ दो-आयामी फोटोनिक संरचनाएं 100% संचरण दें।

ध्रुवीकरण-संवेदनशील फोटोनिक बैंड अंतराल के साथ एक संरचना प्राप्त करने के लिए एक नई विधि अन्य ऑप्टिकल और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ एक फोटोनिक बैंड अंतराल की संरचना के संयोजन के लिए एक दृष्टिकोण का विकास लघु और लंबी-लहर बैंड सीमाओं का अवलोकन। अनुभव लक्ष्य है: 29

एक फोटोनिक बैंड गैप (पीबीजी) संरचना के गुणों को निर्धारित करने वाले मुख्य कारक हैं अपवर्तक विपरीत, जाली में उच्च और निम्न सामग्री सूचकांकों का अनुपात, और जाली तत्वों की व्यवस्था। उपयोग किए गए वेवगाइड का विन्यास अर्धचालक लेजर के समान है। सरणी बहुत छोटी है (व्यास में 100 एनएम) छेद वेवगाइड के मूल पर खोदे गए थे, जिससे एक हेक्सागोनल झंझरी 30

Fig.2a जाली और ब्रिलॉइन क्षेत्र का स्केच एक क्षैतिज क्लोज-पैक जाली में समरूपता की दिशाओं को दर्शाता है। बी, सी 19-एनएम फोटोनिक झंझरी पर संचरण विशेषताओं का मापन। सममित दिशाओं के साथ 31 ब्रिलॉइन क्षेत्र

Fig.4 टीएम ध्रुवीकरण के लिए के बिंदु के पास बैंड 1 (ए) और बैंड 2 (बी) के अनुरूप यात्रा तरंगों के प्रोफाइल के विद्युत क्षेत्र की तस्वीरें। ए में, क्षेत्र में y-z विमान के बारे में समतल तरंग के समान परावर्तक समरूपता है, इसलिए इसे आने वाली विमान तरंग के साथ आसानी से बातचीत करनी चाहिए। इसके विपरीत, b में क्षेत्र असममित है, जो इस अंतःक्रिया को होने नहीं देता है। 33

निष्कर्ष: पीबीजी संरचनाओं को अर्धचालक लेजर में उत्सर्जन के प्रत्यक्ष नियंत्रण के लिए दर्पण और तत्वों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। वेवगाइड ज्यामिति में पीबीजी अवधारणाओं का प्रदर्शन बहुत कॉम्पैक्ट ऑप्टिकल तत्वों की प्राप्ति की अनुमति देगा। गैर-रैखिक प्रभावों का उपयोग करना संभव होगा 34