Návrh a realizace subvlnových fotonických struktur
Fotonické krystaly jsou periodické materiály s proměnnými dielektrickými permitivitami na vzdálenostech srovnatelných s vlnovou délkou světla. Nejdůležitější roli, díky které získávají fotonické krystaly své optické vlastnosti, hraje právě periodicita struktury. Jednodimenzionální periodicita je např. původcem Braggova odrazu, jehož výsledkem jsou reflekční pásy kolem specifických frekvencí. Pomocí 2D a 3D fotonických krystalů je pak možné kontrolovat šíření světla v libovolných úhlech či lokalizovat světlo za účelem zvýšení elektrické intenzity.
Mnoho aplikací fotonických krystalů využívá vlastnosti zakázaných pásů. Zakázaný pás (ZP) je oblastí frekvencí s nulovou hustotou elektromagnetických stavů. Pro frekvence v ZP je šíření elektromagnetických vln potlačeno. Existence ZP vede k možnosti realizace efektivních téměř bezeztrátových optických prvků, které mohou soustředit světlo do úzkých kanálů nebo jej lokalizovat, podobně jako v rezonátorech.
Lokalizovat světlo není možné tak jednoduše jako např. elektrický proud – světlo se může volným prostorem šířit bezeztrátově, zatímco pro elektrický proud je okolní vzduch izolantem. Analogií elektrického vodiče může být např. optické vlákno, kde je světlo soustředěno v opticky hustém jádře tak, jako je elektrický proud soustředěn ve vodiči v oblastech s nízkým ohmickým odporem. Pokud je však optické vlákno zakřivené, podstatná část světla je vyzářena z jádra. Takový efekt ale není pozorován v zakřiveném elektrickém vodiči.
Nemožnost vést světlo při ohybu vláken bez nežádoucího vyzařování podnítilo snahu o výrobu optických obvodů navržených původně pro infračervenou spektrální oblast. To se však před realizací fotonických krystalů jevilo jako problematické z důvodu nedostatku vysoce odrazových, málo ztrátových materiálů. Jelikož má mnoho dielektrických materiálů v infračervené oblasti menší ztráty než kovy, překonávají dielektrické fotonické krystaly i optické vlastnosti odrazu kovů právě díky ztrátám. Společně s možností navrhovat a upravovat pozici ZP změnou geometrie činí tyto vlastnosti fotonické krystaly z hlediska aplikací nedostižitelnými.
Fotonické krystaly nejsou jen uměle navržené a vyrobené struktury, jsou přirozenou součástí těl živočichů, kteří využívají jejich vlastností k maskovacím či namlouvacím účelům.
Ke stažení: Prezentace se základní teorií fotonických krystalů
První část:
AV prezentace ke stažení (30,2 MB): Fotonicke_struktury_-_cast_1.mp4
Druhá část:
3D video ke stažení (385,7 MB): Fotonicke_struktury_-_cast_2.mts
2D video ke stažení (172,6 MB): Fotonicke_struktury_-_cast_2_2D.mp4