1 光子晶體簡介
　　隨著人類科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會不斷進(jìn)步，人們對認(rèn)識客觀世界的能力提出越來越高的要求，正是這種要求在鞭策人們，特別是科技工作者的努力奮斗，開拓人類認(rèn)識客觀世界的視野，實現(xiàn)著從必然王國向自由王國的飛躍。
　　我們的社會是一個冷人鼓舞的社會，新思想,新發(fā)現(xiàn)層出不窮,科技產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，在短短的一個世紀(jì)之內(nèi)，社會進(jìn)入了信息時代，電子器件，半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)給人類社會帶來了一場科技大革命，把人類的生活質(zhì)量提高一個新的水平。
　　但是科技的進(jìn)步是飛速的,社會的發(fā)展是無情的，讓人們曾經(jīng)歡欣鼓舞的半導(dǎo)體器件已經(jīng)不能滿足社會發(fā)展的需要，人們必須尋找更高速度，更高效率的新材料。
　　激光的產(chǎn)生，量子電子學(xué)和量子電動力學(xué)的充分發(fā)展以及光子學(xué)的產(chǎn)生為光子晶體的產(chǎn)生準(zhǔn)備了充分條件，光子的傳輸特性是電子所無法比擬的，尋找可代替電子材料的光子晶體材料迅速成為人類關(guān)注的焦點，就是在這種背景下，光子晶體產(chǎn)生了。有人預(yù)言:如果光子晶體一旦走出實驗室，走上生產(chǎn)線，將會為人類社會帶來又一場科技革命。
　　光子晶體是一種折射率空間周期變化的新型光學(xué)微結(jié)構(gòu)材料，光子晶體的概念初是由美國貝爾通訊實驗室的Eli.Yablonovitch于1987年提出的[1],光子晶體中介質(zhì)折射率的周期性變化對光的影響與凝聚態(tài)物質(zhì)中周期性勢場對電子的影響相類似，大家都知道,在凝聚態(tài)半導(dǎo)體材料中電子有能帶和能隙的特性，在光子晶體中,光也有光子能帶和能隙的特征，只有那些頻率對應(yīng)在光子能帶中的光才能在光子晶體中通過,而那些頻率在光子帶隙的光則會被禁戒。
　　研究光子晶體的構(gòu)成及其與光子的相互作用有著基本物理和材料科學(xué)上的重要意義，通過研究光子晶體的形成條件,光波在光子晶體中的傳播行為,不僅能對光波與物質(zhì)的相互作用的基本知識有所了解,而且能夠探索性地去尋找一類新型材料，這類材料將成為一種新型器件―光子器件的物理基礎(chǔ)。
　　2光子晶體的特性
　　光子晶體的根本特征是具有光子禁帶，光子禁帶是指在一定頻率范圍內(nèi)的光子在光子晶體內(nèi)的某些方向上是被嚴(yán)格禁止傳播的。,光子晶體在幾何結(jié)構(gòu)上僅具有一維周期性,那么它將形成一維光子晶體，光子禁帶將出現(xiàn)在此方向上。如果它在二維或三維光子晶體特別對于三維光子晶體,落在其禁帶中的光將嚴(yán)格被禁止向各個方向傳播。
　　光子晶體的另一個重要特性是“光子局域”,在光子晶體中,如果原有的周期性或?qū)ΨQ性受到破壞，在其光子禁帶中就有可能出現(xiàn)頻率極窄的缺陷態(tài),與缺陷態(tài)頻率吻合的光子會被局域在出現(xiàn)缺陷的位置,一旦偏離缺陷位置光就將迅速衰減[2]。
　　另外,光子晶體和普通光學(xué)材料不同,它具有特殊性能。這主要表現(xiàn)為:具有超棱鏡效應(yīng),超校直效應(yīng),超透鏡效應(yīng),復(fù)折射效應(yīng)以及它有絕緣性,彎曲性等，利用光子晶體的這些特征可以做出尺寸很小而功能很強的光子器件。
　　3光子晶體的材料和制造
　　光子晶體的材料有三類:半導(dǎo)體材料,介質(zhì)材料,有機聚合物材料，在實驗室和實際應(yīng)用中,光子晶體都是認(rèn)為加工得到的, Eli.Yablonovitch首先利用低損耗電介質(zhì)制造了由8000個球形原子構(gòu)成的在微波區(qū)的面心立方光子晶體由微波測試系統(tǒng)測定了該光子晶體的光子帶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)當(dāng)介電常數(shù)反襯度大于3時就能出現(xiàn)光子帶隙,即從似金屬能帶轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體能帶,這種光子晶體后來人們稱為Yablonovitch型光子晶體。
　　近來,E.Zobey[3]等，利用微加工和方法在硅基片制造了帶隙在100GHz—500GHz的光子晶體,用激光微加工方法在鋁基片上制造了光子帶隙中心在94.7GHz的光子晶體,但由于現(xiàn)代加工技術(shù)的限制,人們還難以制造出光子帶隙在可見光區(qū)的三維光子晶體。
　　D.S.Sievenpiper[4]等, 于1995年提出了三維線網(wǎng)狀光子晶體,并在微波區(qū)制造了光子晶體,發(fā)現(xiàn)在光子晶體的光子帶結(jié)構(gòu)中不僅出現(xiàn)了光子帶隙,而且出現(xiàn)了截止頻率，在二維光子晶體的制造和測試方面,已經(jīng)從微波區(qū)延伸到紅外和可見光區(qū)S.L.McCall等人制造了光子帶隙在微波區(qū)(8—12GHz)的方形光子晶體,并測量了光子晶體的透視率,驗證了光子帶隙存在，當(dāng)移去一個圓柱形原子時,在晶格中產(chǎn)生了一個缺陷,測定了缺陷周圍的能量分布。
　　總體來說,光子晶體制造工藝相對于半導(dǎo)體制造工藝來說是很簡單的,工序少,掌握地容易,生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量也少,成品率也高,從這一方面來看,光子晶體的發(fā)展,前途無量。
　　4 光子晶體的應(yīng)用及其前景
　　通過十多年來的努力,目前光子晶體在理論,實驗和應(yīng)用上的研究都已取得了很大的進(jìn)展。 由于光子帶隙結(jié)構(gòu)中存在光子帶隙的奇異特性,比如頻率落在光子帶隙內(nèi)的電磁波（光波）不能在光子晶體內(nèi)的任何方向傳播,在帶隙內(nèi)不存在零點脈沖等,促使人們?nèi)パ芯抗庾泳w的各種可能的效應(yīng)。
　　光子晶體有著廣泛的用途:Yablonovitch提出利用光子晶體制造閾值接近于零的半導(dǎo)體激光器,以及如何利用光子晶體改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率[5]，利用光子晶體所特有的光子能隙可以抑制埋葬在光子晶體中的原子,分子的自發(fā)輻射[6],壓縮激光脈沖[7], 光子晶體材料做成的單模發(fā)光二極管具有非常好的時間,空間相干性,相當(dāng)于一種激光光源[8] ， Brown等用微波波段的光子晶體材料做成小型微波發(fā)射天線的基底,可以得到幾乎百分之百的發(fā)射效率[9]，用光子晶體材料還可以做成光導(dǎo)纖維,它要比現(xiàn)在的光纖傳輸效率高的多。利用光子晶體的非線性效應(yīng)可以制造調(diào)Q開關(guān)[10]，利用光子晶體做光波導(dǎo)，這種光子晶體波導(dǎo)即使拐彎90度也具有很高的效率[9，10]，利用光子晶體還可以做成光開關(guān)等器件，在微電子領(lǐng)域發(fā)揮作用。
　　總之,光子晶體是新型光學(xué)材料,它的潛能有多大還不清楚,對它的研究還有很多工作要做，但由于光子晶體的優(yōu)越性能,必將有廣泛的應(yīng)用前景,因此它極有可取代大多數(shù)傳統(tǒng)的光學(xué)器件,將在光學(xué),光電子學(xué),信息科學(xué)中引起革命性變革。