Cristal fotónico

Un cristal fotónico es un material moderno que consta alternativamente de células elementales con un índice de refracción alto y bajo y dimensiones comparables a la longitud de onda de la luz de un rango espectral dado. Los cristales fónicos se utilizan en optoelectrónica. Se supone que el uso de un cristal fotónico permitirá, por ejemplo. para controlar la propagación de una onda de luz y creará oportunidades para la creación de circuitos integrados fotónicos y sistemas ópticos, así como redes de telecomunicaciones con un gran ancho de banda (del orden de Pbps).

El efecto de este material en la trayectoria de la luz es similar al efecto de una rejilla en el movimiento de electrones en un cristal semiconductor. De ahí el nombre de "cristal fotónico". La estructura de un cristal fotónico impide la propagación de ondas de luz en su interior en un determinado rango de longitudes de onda. Luego, la llamada brecha de fotones. El concepto de crear cristales fotónicos se creó simultáneamente en 1987 en dos centros de investigación estadounidenses.

Eli Jablonovich de Bell Communications Research en Nueva Jersey trabajó en materiales para transistores fotónicos. Fue entonces cuando acuñó el término "banda prohibida fotónica". Al mismo tiempo, Sajiv John de la Universidad de Prieston, mientras trabajaba para mejorar la eficiencia de los láseres utilizados en las telecomunicaciones, descubrió la misma brecha. En 1991, Eli Yablonovich recibió el primer cristal fotónico. En 1997 se desarrolló un método masivo para la obtención de cristales.

Un ejemplo de un cristal fotónico tridimensional de origen natural es el ópalo, un ejemplo de la capa fotónica del ala de una mariposa del género Morpho. Sin embargo, los cristales fotónicos suelen fabricarse artificialmente en laboratorios a partir de silicio, que también es poroso. Según su estructura, se dividen en unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. La estructura más simple es la estructura unidimensional. Los cristales fotónicos unidimensionales son capas dieléctricas bien conocidas y utilizadas durante mucho tiempo, que se caracterizan por un coeficiente de reflexión que depende de la longitud de onda de la luz incidente. De hecho, este es un espejo de Bragg, que consta de muchas capas con índices de refracción altos y bajos alternados. El espejo de Bragg funciona como un filtro de paso bajo regular, algunas frecuencias se reflejan mientras que otras pasan. Si enrollas el espejo de Bragg en un tubo, obtienes una estructura bidimensional.

Ejemplos de cristales fotónicos bidimensionales creados artificialmente son las fibras ópticas fotónicas y las capas fotónicas, que, después de varias modificaciones, pueden usarse para cambiar la dirección de una señal de luz a distancias mucho más pequeñas que en los sistemas ópticos integrados convencionales. Actualmente existen dos métodos para modelar cristales fotónicos.

primero – PWM (método de onda plana) se refiere a estructuras unidimensionales y bidimensionales y consiste en el cálculo de ecuaciones teóricas, incluidas las ecuaciones de Bloch, Faraday, Maxwell. Segundo El método para modelar estructuras de fibra óptica es el método FDTD (Finite Difference Time Domain), que consiste en resolver las ecuaciones de Maxwell con dependencia temporal para el campo eléctrico y el campo magnético. Esto hace posible realizar experimentos numéricos sobre la propagación de ondas electromagnéticas en estructuras cristalinas dadas. En el futuro, esto debería permitir obtener sistemas fotónicos con dimensiones comparables a las de los dispositivos microelectrónicos utilizados para controlar la luz.

Algunas aplicaciones del cristal fotónico:

• Espejos selectivos de resonadores láser,
• láseres de retroalimentación distribuidos,
• Fibras fotónicas (fibra de cristal fotónico), filamentos y planos,
• Semiconductores fotónicos, pigmentos ultrablancos,
• LED con mayor eficiencia, Microrresonadores, Metamateriales - materiales restantes,
• Pruebas de banda ancha de dispositivos fotónicos,
• espectroscopia, interferometría o tomografía de coherencia óptica (OCT), utilizando un fuerte efecto de fase.