具有不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料在空間上呈周期性變化時(shí),在其中傳播的光波的色散曲線將成帶狀結(jié)構(gòu),當(dāng)這種空間有序排列的周期可與光的波長相比位于同一量級(jí),且折射率的變化反差較大時(shí),帶與帶之間有可能會(huì)出現(xiàn)類似于半導(dǎo)體禁帶的“光子帶隙”或光子禁帶”。光子晶體的基本特征是具有光子帶隙,頻率落在帶隙中的電磁波被禁止傳播。目前光子晶體研究的基本內(nèi)容主要包括三維光子晶體的制造,尤其是引入可控制的點(diǎn)缺陷或線缺陷,實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的操控以及相關(guān)的理論研究和應(yīng)用探索。
　　三維光子晶體的制備,尤其是具有足夠小的周期結(jié)構(gòu)的光子晶體的制備一直是光子晶體研究的關(guān)鍵課題。目前光子晶體的制備方法主要包括介質(zhì)棒堆積法、精密機(jī)械加工法、半導(dǎo)體微納米制造法以及膠體晶體自組裝法等,但尋找一種制作簡易、組成單元維度低結(jié)構(gòu)的制備方法仍然是科學(xué)家所追求的目標(biāo)。點(diǎn)缺陷或線缺陷所帶來的雜質(zhì)態(tài),使導(dǎo)引光波成為可能,因而引入可控制的點(diǎn)缺陷或線缺陷,是光子晶體相關(guān)領(lǐng)域的重要研究課題。由于實(shí)驗(yàn)上制作光子晶體較為困難,理論方面的模擬計(jì)算就顯得格外重要。因此各種計(jì)算光子能帶、透射頻譜及電磁場(chǎng)傳遞的方法研究也是光子晶體的重要研究領(lǐng)域。由于光子晶體可以制作具有全新原理或以前所不能制作的高性能光學(xué)及光電器件,因此將光子晶體用于波導(dǎo)、光學(xué)微腔、光纖、低閾值激光發(fā)射器等領(lǐng)域的應(yīng)用研究一直是光子晶體研究的熱點(diǎn),但要獲得實(shí)際應(yīng)用,尚需要有效地解決以下問題:新的光子晶體制備方法的開發(fā);能在光波長區(qū)域內(nèi)構(gòu)造完全的光子禁帶;能夠在光子晶體的任意位置引入任意的缺陷態(tài);以及如何將電流和電壓加到光子晶體上,使晶體結(jié)構(gòu)可在外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制下進(jìn)行轉(zhuǎn)換從而成為可調(diào)節(jié)的光子晶體?！　∮捎诠庾泳w對(duì)于光的可操控性,以及光子有著電子所沒有的優(yōu)勢(shì)———速度更快,沒有相互作用等,光子晶體被認(rèn)為是未來的光半導(dǎo)體,對(duì)光通訊、微波通訊、光電子集成以及國防科技等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生重大影響。如果能夠突破光子晶體制備的瓶頸,光子晶體將在高性能反射鏡、波導(dǎo)、光學(xué)微腔、光纖等光學(xué)及光電器件上顯示其顯著的優(yōu)勢(shì),同時(shí)在隱身材料等國防科技上也將有非常重要的應(yīng)用前景。
　　1994—2003年,光子晶體領(lǐng)域的SCI論文共計(jì)4 129篇。從該領(lǐng)域SCI論文的年代分布來看呈現(xiàn)從少到多,逐年增長的發(fā)展態(tài)勢(shì)。2003年的論文數(shù)量是1994年的12倍多(表521和封二圖5)。在10年的全部論文中,共涉及58個(gè)國家和地區(qū),而論文數(shù)量多的TOP20國占了全部論文的92. 8%,可見,光子晶體領(lǐng)域的研究工作主要集中在TOP20國。