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Photonischer KristallPhotonische Kristalle sind periodische Nanostrukturen deren Design speziell darauf abzielt die Bewegung von Photonen zu beeinflussen, ähnlich wie in der Halbleiterphysik wo Halbleiter die Bewegung von Elektronen beeinflussen. Photonische Kristalle kommen jedoch auch in der Natur vor. So entstehen zum Beispiel die schillernden Farben auf Schmetterlingsflügeln durch periodische Strukturen wie sie auch bei photonischen Kristallen Verwendung finden. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
Physikalischer AufbauPhotonische Kristalle bestehen aus strukturierten Halbleitern, Gläsern oder Polymeren und zwingen das Licht mittels ihrer spezifischen Struktur dazu, sich in der für die Bauteilfunktion notwendigen Art und Weise im Medium auszubreiten. Dadurch wird es möglich, Licht auf Abmessungen, welche in der Größenordnung der Wellenlänge liegen, zu führen. In physikalischer Ausdrucksweise sind es periodische dielektrische 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 beispielsweise 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. AnwendungDaher 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. Vorkommen in der NaturEs gibt viele Photonische Kristalle, die in der Natur vorkommen: Opal, Vogelfeder, Schmetterlinge, ... Forschungsgeschichte u. LiteraturPhotonische Kristalle wurden zuerst 1972 von Bykov beschrieben:
und Ende der 1980er Jahre unabhängig von E. Yablonovich und S. John mit ihren optischen Eigenschaften theoretisch berechnet:
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. Forschungsgruppen auf dem Gebiet der Photonischen Kristalle
Photonische Kristalle in der Industrie
Kategorien: Kristallographie | Nanowerkstoff |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Photonischer_Kristall aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |