مطالعه خواص گاف نواری بلورهای فوتونی شامل لایه نقص ابررسانا
چکیده
موقع مطالعه در مورد مواد نوری متداول دو نوع ناحیه پراکندگی وجود دارد. در یک ناحیه محیط یکنواخت که تغییرات در ویژگی ماده آن در مقایسه با طول موج نور تابشی خیلی کوچک است(شکل 1-الف)[2]. در این محیط که از ذرات پراکننده مجزا مانند اتم ها ساخته شده، یک پاسخ نوری متوسط توسط اتمها ایجاد می شود. ویژگی نوری چنین موادی بسادگی توسط ثابت دی الکتریک ? بیان می شود. تابش الکترومغناطیسی در چنین محیط هایی به شکل موج تخت خواهد بود. در ناحیه پراکندگی معمول دیگر، تابش روی محیط توسط ویژگی ساختار که دارای اندازه های خیلی بزرگتر از طول موج نور است، بطور غیر همدوس پراکنده می شود شکل (1-ب)[2] این ناحیه پراکندگی مربوط به نور شناخت هندسی است که می تواند توسط شعاع های نوری مطالعه شود. ناحیه عملکرد بلورهای فوتونی میان این دو ناحیه می باشد. این بخاطر ویژگی ماکروسکوپی ساختار بلور فوتونی می باشد که قابل مقایسه با طول موج نور تابشی است شکل (1-ج)[2]. بعلاوه، بخاطر نظم آرایش پراکننده ها در بلورهای فوتونی، ترکیب همدوس از میدانهای پراکنده در سطوح مرزی، ممکن می شود. و این منجر به یک رابطه پراکندگی ویژه در بلورهای فوتونی می شود. ویژگی اساسی این ساختارها وجود باندهای مجاز و ممنوع در منحنی پراکندگی است. در این صورت سریعاً حدس زده می شود که رفتار نور در آرایشی از دی الکتریک های دوره ای، مشابه رفتار الکترونها در پتانسیل دوره ای از یک بلور حالت جامد است. در ابتدا بلورهای فوتونی در ضمینه کنترل تابش خود به خودی معرفی شده بودند[23]. بعد از آن کاربردهای جدیدی برای بلورهای فوتونی پیشنهاد شد. که مواردی چون فیبرهای بلور فوتونی[24]، مدارهای نوری مجتمع بر مبنای بلور فوتونی[25]، چینه های شفاف فلز – دی الکتریک[26]، مبدل فرکانس غیر خطی[27] و غیره را می توان نام برد. از جمله کاربردهای مهم بلور فوتونی برای اعمال کنترل هایی بر انتشار نور در ابزارهایی مانند آینه های دی الکتریک، کاواک ها و موجبرها می باشد که در سالهای اخیر مطالعات گسترده ای در ارتباط با دانش نظری، روشهای ساخت و مشخصه های آزمایشگاهی آنها انجام گرفته است [8]. مواد مرسوم برای انعکاس و هدایت نور فلزها هستند. در ناحیه میکروموج ?~1cm اکثر فلزهای به عنوان بازتاب کننده قوی و کم جذب در هر انعکاس مطرح هستند. که آنها را برای محصور کردن و کنترل تابش الکترومغناطیسی ایده آل می سازد. به عنوان مثال آلومینیوم یکی از مواد متداول برای بازتاب موج الکترومغناطیسی است و در ناحیه میکروموج تقریباً آینه کامل است و در هر انعکاس کمتر از 01/0 درصد اتلاف دارد. ولی در ناحیه مرئی ?~400nm-800nm و مادون قرمز (ir) ?~80nm-20nm این ماده در هر بازتاب 20-10 درصد جذب دارد. در کاواکهای فلزی نیز این محدودیت وجود دارد. موجبرهای فلزی انتشار نور را فقط در جهت محورش مجاز می دارد وکاواک ها می تواند امواج الکترومغناطیسی با بسامدهای معین را در خود حفظ کنند. بلورهای فوتونی هر دوی این خاصیت را دارند. بعلاوه با امکان طراحی موقعیت طیفی گاف باند فوتونی با تغییراتی در شکل و یا ایجاد ناخالصی، بلورهای فوتونی را محیطی کم اتلاف و بازتابنده قوی، برای کاربرد در گستره وسیعی از فرکانس از جمله نواحی مرئی و ir می سازد. آینه های دی الکتریک با روی هم چیدن لایه های دی الکتریک مختلف بصورت متناوب، ساخته می شوند. از جمله آنها آینه دی الکتریک مشهور به « انباشت ربع- موج» است که می تواند امواج الکترومغناطیسی را در گستره معین کاملا بازتاب دهد. که از آن به عنوان یک پوشش در سطوح عدسی ها یا آینه ها جهت بالابردن کیفیت تصویر استفاده می شود. از جمله کاربردهای آینه های دی الکتریک در ابزارهایی مانند فیلترهای دی الکتریک فابری- پرو و لیزرهای پخش کننده بازتابی می باشند.