Cristal photonique

Un cristal photonique est un matériau moderne constitué alternativement de cellules élémentaires à haut et bas indice de réfraction et de dimensions comparables à la longueur d'onde de la lumière d'un domaine spectral donné. Les cristaux phoniques sont utilisés en optoélectronique. On suppose que l'utilisation d'un cristal photonique le permettra, par exemple. contrôler la propagation d'une onde lumineuse et créera des opportunités pour la création de circuits intégrés photoniques et de systèmes optiques, ainsi que de réseaux de télécommunications à large bande passante (de l'ordre du Pbps).

L'effet de ce matériau sur le trajet de la lumière est similaire à l'effet d'un réseau sur le mouvement des électrons dans un cristal semi-conducteur. D'où le nom de "cristal photonique". La structure d'un cristal photonique empêche la propagation d'ondes lumineuses en son sein dans une certaine gamme de longueurs d'onde. Puis le soi-disant écart de photons. Le concept de création de cristaux photoniques a été créé simultanément en 1987 dans deux centres de recherche américains.

Eli Jablonovich de Bell Communications Research dans le New Jersey a travaillé sur des matériaux pour transistors photoniques. C'est alors qu'il a inventé le terme "bandgap photonique". Au même moment, Sajiv John de l'Université de Prieston, alors qu'il travaillait à améliorer l'efficacité des lasers utilisés dans les télécommunications, a découvert la même lacune. En 1991, Eli Yablonovich a reçu le premier cristal photonique. En 1997, une méthode de masse pour obtenir des cristaux a été développée.

Un exemple de cristal photonique tridimensionnel naturel est l'opale, un exemple de la couche photonique de l'aile d'un papillon du genre Morpho. Cependant, les cristaux photoniques sont généralement fabriqués artificiellement en laboratoire à partir de silicium, qui est également poreux. Selon leur structure, ils sont divisés en une, deux et trois dimensions. La structure la plus simple est la structure unidimensionnelle. Les cristaux photoniques unidimensionnels sont des couches diélectriques bien connues et utilisées depuis longtemps, qui se caractérisent par un coefficient de réflexion qui dépend de la longueur d'onde de la lumière incidente. En fait, il s'agit d'un miroir de Bragg, composé de plusieurs couches avec une alternance d'indices de réfraction élevés et faibles. Le miroir de Bragg fonctionne comme un filtre passe-bas classique, certaines fréquences sont réfléchies tandis que d'autres sont traversées. Si vous roulez le miroir de Bragg dans un tube, vous obtenez une structure bidimensionnelle.

Des exemples de cristaux photoniques bidimensionnels créés artificiellement sont les fibres optiques photoniques et les couches photoniques, qui, après plusieurs modifications, peuvent être utilisées pour changer la direction d'un signal lumineux à des distances beaucoup plus petites que dans les systèmes d'optique intégrée conventionnels. Il existe actuellement deux méthodes de modélisation des cristaux photoniques.

premier – PWM (plane wave method) fait référence à des structures unidimensionnelles et bidimensionnelles et consiste en le calcul d'équations théoriques, dont les équations de Bloch, Faraday, Maxwell. Deuxième La méthode de modélisation des structures à fibres optiques est la méthode FDTD (Finite Difference Time Domain) qui consiste à résoudre les équations de Maxwell avec une dépendance temporelle pour le champ électrique et le champ magnétique. Cela permet de réaliser des expériences numériques sur la propagation des ondes électromagnétiques dans des structures cristallines données. Cela devrait permettre à l'avenir d'obtenir des systèmes photoniques de dimensions comparables à celles des dispositifs microélectroniques utilisés pour contrôler la lumière.

Quelques applications du cristal photonique :

• Miroirs sélectifs de résonateurs laser,
• lasers à rétroaction distribuée,
• Fibres photoniques (fibre à cristaux photoniques), filaments et plans,
• Semi-conducteurs photoniques, pigments ultra-blancs,
• LEDs à efficacité accrue, Microrésonateurs, Métamatériaux - matériaux de gauche,
• Test large bande de dispositifs photoniques,
• spectroscopie, interférométrie ou tomographie par cohérence optique (OCT) - utilisant un fort effet de phase.