onovitchE创造了世界上第一个具有完全光子频率禁带的三维光子晶体。此后,人们利用精细加工方法和胶体溶液的自组织生长技术,已成功地制备出远红外、红外和可见光波段的三维光子晶体。自然界中也存在三维光子晶体,如蛋白石。1.3光子晶体的基本性质具有光子带隙是光子晶体最基本的特征,频率落在光子带隙内的光的传播是被禁止的。光子带隙的出现依赖于光子晶体的结构和介电常数的配比,一般说来,光子晶体中两种介质的介电常数比越大(一般要求大于2),入射光被散射就越强烈,就越有可能出现光子带隙。同时,光子带隙的出现与光波的传播方向有关。光子带隙可以分为两种:一种是不完全带隙,即光在某些特定的方向入射时,才会出现的带隙;另一种是完全带隙,即光从各个方向上入射时都会出现的带隙【l由于带隙产生在布里渊区的边界处,所以完全带隙更容易出现在布里渊区为近球形的结构中,因此,晶格结构(金刚石结构)能得到较大的带喇”】。此外,还有介质填充比、介质连通性等因素也影响到光子带隙。改变材料的介电常数或晶格大小,可以调整光子带隙的位置和宽度。光子晶体的另一个主要特征是光子局域。在半导体中引入缺陷或无序,对电子来说将会出现电子局域态或Anderson局域化。电子局域化是无序介质中经历多次散射的电子波之间发生干涉导致的,干涉使电子只能在极其有限的空间范围内运动,也就是说电子的扩散系数趋于零。对于电磁波在光子晶体中传播来说,光子的局域化也应该是存在的。在光子晶体中引入缺陷后,会在光子带隙中引入局域模式,称为缺陷模。与局域模频率共振的光有可能隧穿通过光子晶体。光子晶体中引入的缺陷可以是点缺陷和线缺陷。在垂直于线缺陷的平面上,光被局域在线缺陷位置,只能沿线缺陷方向传播。对于点缺陷而言,由于缺陷四周仍是完整的光子晶体,与缺陷态频率对应的光子只能局限在缺陷附近,因此,一个点缺陷相当于一个微腔,可以用来形成高密度、高能量的谐振腔。3
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