双十科技关于光子晶体的特性
    光子晶体实质上是指具有光子禁带、光子局域和奇特的调节光的传播状态的
一种新型光子材料。与半导体材料相类似，当电磁波或光波通讨光子晶体时会因
周期性变化的介电常数而发生布拉格散射，形成光子能带(户hotonic日and)，能
带与能带之间存在光子带隙(Photonic Band Gap, PBG;也称为光子禁带)。
光子晶体的能带结构特性决定了光子晶体具有不同于其他介质材料的特性。
.光子禁带(带隙)
    光子禁带是光子晶体最根本的特性，指的是不管传播方向如何，只要电磁波
的频率落在禁带中就都是被禁止传播的。光子带隙的宽度和位置与光子晶体的晶
格结构、介质材料的厚度、折射率及形状、入射角有密切的关系.光子晶体结构
的对称性越差就越容易产生光子禁带，也就是说构成光子晶体的介质材料的折射
率越大越可能产生光子禁带。光子带隙有完全光子带隙与不完全光子带隙之分，
完全光子带隙是指一定频率范围内的光子无论其以什么角度入射或哪个偏振方向
都被禁止传播的带隙，不完全光子带隙是指一定频率范围内的光子以特定入射角
入射时被禁止传播的带隙。美国的K.M.H。等人首次在理论上提出了具有全带隙
的三维光子晶体结构[[4]，而第一个具有完全光子带隙的三维光子晶体则是由美国贝
尔通信研究所的E. Yablonovitch等人制造出来的[5]O
2.光子局域性
    光子局域性对光子晶体来说是另外一个重要的特性。早在1987年John就提
出:在按照特别要求设计的介电材料超晶格(现在看来就是光子晶体)中，光子
表现出极强的局域性。与半导体类似，完美的光子晶体对于实际应用并没有多大
用处，但将某种程度的缺陷引入到光子晶体当中，光子晶体原有的周期性结构就
被破坏了，这样就会有一个颇率极窄的缺陷态出现在光子禁带中，如果光子的频
率与缺陷态频率吻合，那么这样的光子就可以被局限在缺陷位，光子的频率偏离
缺陷态频率光强就会急剧衰减，这种现象为人们提供了控制或“俘获”光的一种方
法。在光子晶体中引入的缺陷种类有:点缺陷、线缺陷和面缺陷。光子晶体局域
态由缺陷的属性决定:对于点缺陷，光就像是被全反射墙完全给包裹起来了，光
无法从这个位置向任意一个方向传播，这样就把光“俘获”在这个位置，点缺陷对原
有的空间对称性有微扰作用，从而形成一个能量密度共振场—微腔，满足特定
条件时光子晶体波导和微腔发生祸合致使微腔共振频率附近的光波能量被“下载”到
微腔里面，同时表明光子晶体具有滤波特性;对于线缺陷，其行为类似于波导
管，光仅仅沿线缺陷的方向传播，也就是说对光子禁带不透明的某些光可以沿着
线缺陷方向传播，与波导或光纤相比，这种局域更彻底;对于面缺陷，其类似于
镜面，利用面缺陷可以制作高性能的全反射镜。滤波器窗口的工作频率唯一地由
缺陷态频率决定，而缺陷态频率又与缺陷层的厚度、折射率有关，显然，改变缺
陷层的折射率或厚度就可以实现调谐滤波。在实际应用中，也确实利用光子晶体
的光子局域性制作了很多光学器件，比如光波导、滤波器等。
3.抑制自发辐射
    自发辐射是物质与场相互作用的结果，而不是物质的固有属性，这一观点直
到光子晶体的概念提出之后才纠正过来。把自发辐射频率落在光子带隙范围内的
自发辐射原子放入光子晶体中，此时光子带隙中自发辐射频率的态密度为零，然
而自发辐射概率与态密度成正比例关系，于是自发辐射概率也为零，可见自发辐
射被光子晶体抑制了，如图1.6(a)所示。相反，在光子晶体中引入缺陷，品质
因子很高的缺陷态就会在光子带隙中出现，由于其态密度很大，自发辐射概率也
由此变大，如图1.6(b)所示，这样的现象称为purecell效应。
4.偏振性
    假设二维光子晶体的周期平面为(x，y)，对于in-plane传播，如果电场方向
与z轴方向平行，则称为p偏振态(丁M模);如果磁场方向与z轴方向平行，则称
为s偏振态(丁E模)，这两个偏振模式是独立传播的。
    在一维光子晶体中还有一些奇异的现象，如超拆射现象(对入射光束展宽和
分光等效应)、超强双折射光学现象、负折射现象、时间延迟效应、非线性光学
效应等[6一0