Photonischer Kristall
Photonische Kristalle sind periodische dielektische Strukturen, deren Periodenlänge so eingestellt wurde, dass sie die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in ähnlicher Weise beeinflussen wie das periodische Potential in Halbleiterkristallen die Ausbreitung von Elektronen. Sie zeigen daher einzigartige optische Eigenschaften, wie z.B. Bragg-Reflexion von sichtbarem Licht.Insbesondere entsteht analog zur Ausbildung der elektronischen Bandstruktur eine photonische Bandstruktur, die Bereiche verbotener Energie, in denen sich elektromagnetische Wellen nicht innerhalb des Kristalls ausbreiten können (photonische Bandlücken, PBG = englisch: photonic bandgap). Photonische Kristalle können also in gewisser Weise als das optische Analogon zu elektronischen Halbleitern, also als "optische Halbleiter" angesehen werden.
Daher setzt man große Hoffnung in die Nutzung ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften, insbesondere in der Telekommunikation. Man kann mit Hilfe von photonischen Kristallen beispielsweise Wellenleiter mit sehr kleinen Kurvenradien (im Mikrometerbereich) bei geringen Verlusten, effizientere Festkörperlaser, extrem schmalbandige optische Filter, Multiplexer und verschiedene andere neuartige optoelektronische Bauelemente realisieren.
Photonische Kristalle wurden zuerst 1972 von Bykov beschrieben (V.P. Bykov, "Spontaneous emission in a periodic structure", Sov. Phys. JETP 35 269 (1972)) und Ende der 1980er Jahre unabhängig von E. Yablonovich und S. John mit ihren optischen Eigenschaften theoretisch berechnet (E.Yablonovitch, "Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics" Phys. Rev. Lett. 58, 2059 - 2062 (1987); S. John, "Strong Localisation of Photons in Certain Disordered Dielectric Superlattices" Phys. Rev. Lett. 58, 2486 - 2489 (1987)). Seit dieser Zeit hat die Forschungsaktivität in diesem Bereich stetig zugenommen und photonische Kristalle sind zu einem aktiven Forschungsgebiet geworden an dem weltweit viele Arbeitsgruppen an Universitäten und Forschungseinrichtungen arbeiten.
Ein Überblick über die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der photonischen Kristalle kann unter folgenden Links abgerufen werden:
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