新型的光子晶体材料新型的光子晶体材料
阿不都热苏力 摘要 本文简单阐述了光子晶体的最新进展及其主要特性和应用 关键词 光子晶体，周期性结构，
光子禁带 1 光子晶体简介 随着人类科学技术的飞速发展，社会不断进步，人们对认识客观世界的能力提出越来
越高的要求，正是这种要求在鞭策人们，特别是科技工作者的努力奋斗，开拓人类认识客观世界的视野，实现
着从必然王国向自由王国的飞跃。 我们的社会是一个冷人鼓舞的社会，新思想,新发现层出不穷,科技产品的更新
换代周期不断缩短，在短短的一个世纪之内，社会进入了信息时代，电子器件，半导体器件的出现给人类社会
带来了一场科技大革命，把人类的生活质量提高一个新的水平。 但是科技的进步是飞速的,社
阿不都热苏力
摘要 本文简单阐述了光子晶体的最新进展及其主要特性和应用
关键词 光子晶体，周期性结构，光子禁带
1 光子晶体简介
随着人类科学技术的飞速发展，社会不断进步，人们对认识客观世界的能力提出越来越高的要求，正是这种要求在鞭策人们，
特别是科技工作者的努力奋斗，开拓人类认识客观世界的视野，实现着从必然王国向自由王国的飞跃。
我们的社会是一个冷人鼓舞的社会，新思想,新发现层出不穷,科技产品的更新换代周期不断缩短，在短短的一个世纪之内，社
会进入了信息时代，电子器件，半导体器件的出现给人类社会带来了一场科技大革命，把人类的生活质量提高一个新的水平。
但是科技的进步是飞速的,社会的发展是无情的，让人们曾经欢欣鼓舞的半导体器件已经不能满足社会发展的需要，人们必须
寻找更高速度，更高效率的新材料。
激光的产生，量子电子学和量子电动力学的充分发展以及光子学的产生为光子晶体的产生准备了充分条件，光子的传输特性是
电子所无法比拟的，寻找可代替电子材料的光子晶体材料迅速成为人类关注的焦点，就是在这种背景下，光子晶体产生了。有
人预言:如果光子晶体一旦走出实验室，走上生产线，将会为人类社会带来又一场科技革命。
光子晶体是一种折射率空间周期变化的新型光学微结构材料，光子晶体的概念最初是由美国贝尔通讯实验室
的Eli.Yablonovitch于1987年提出的
[1],
光子晶体中介质折射率的周期性变化对光的影响与凝聚态物质中周期性势场对电子的影
响相类似，大家都知道,在凝聚态半导体材料中电子有能带和能隙的特性，在光子晶体中,光也有光子能带和能隙的特征，只有
那些频率对应在光子能带中的光才能在光子晶体中通过,而那些频率在光子带隙的光则会被禁戒。
研究光子晶体的构成及其与光子的相互作用有着基本物理和材料科学上的重要意义，通过研究光子晶体的形成条件,光波在光
子晶体中的传播行为,不仅能对光波与物质的相互作用的基本知识有所了解,而且能够探索性地去寻找一类新型材料，这类材料
将成为一种新型器件―光子器件的物理基础。
2光子晶体的特性
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图图1 一维一维(1D)，二维，二维(2D),三维三维(3D)光子晶体光子晶体
光子晶体的最根本特征是具有光子禁带，光子禁带是指在一定频率范围内的光子在光子晶体内的某些方向上是被严格禁止传播
的。如图1所示,光子晶体在几何结构上仅具有一维周期性[如图１（1D）],那么它将形成一维光子晶体，光子禁带将出现在此方
向上。如果它在二维或三维光子晶体[如图1 (2D,3D)]特别对于三维光子晶体,落在其禁带中的光将严格被禁止向各个方向传
播。
光子晶体的另一个重要特性是“光子局域”,在光子晶体中,如果原有的周期性或对称性受到破坏，在其光子禁带中就有可能出现
频率极窄的缺陷态,与缺陷态频率吻合的光子会被局域在出现缺陷的位置,一旦偏离缺陷位置光就将迅速衰减
[2]
。
另外,光子晶体和普通光学材料不同,它具有特殊性能。这主要表现为:具有超棱镜效应,超校直效应,超透镜效应,复折射效应以及
它有绝缘性,弯曲性等，利用光子晶体的这些特征可以做出尺寸很小而功能很强的光子器件。
3光子晶体的材料和制造光子晶体的材料和制造
光子晶体的材料有三类:半导体材料,介质材料,有机聚合物材料，在实验室和实际应用中,光子晶体都是认为加工得到的,
Eli.Yablonovitch首先利用低损耗电介质制造了由8000个球形原子构成的在微波区的面心立方光子晶体由微波测试系统测定了
该光子晶体的光子带结构出现当介电常数反衬度大于3时就能出现光子带隙,即从似金属能带转化为半导体能带,这种光子晶体
后来人们称为Yablonovitch型光子晶体。
近来,E.Zobey
[3]
等，利用微加工和方法在硅基片制造了带隙在100GHz—500GHz的光子晶体,用激光微加工方法在铝基片上制
造了光子带隙中心在94.7GHz的光子晶体,但由于现代加工技术的限制,人们还难以制造出光子带隙在可见光区的三维光子晶
体。
D.S.Sievenpiper
[4]
等, 于1995年提出了三维线网状光子晶体,并在微波区制造了光子晶体,发现在光子晶体的光子带结构中不仅
出现了光子带隙,而且出现了截止频率，在二维光子晶体的制造和测试方面,已经从微波区延伸到红外和可见光区S.L.McCall等
人制造了光子带隙在微波区(8—12GHz)的方形光子晶体,并测量了光子晶体的透视率,验证了光子带隙存在，当移去一个圆柱形
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