光子晶体材料及其在激光领域中的应用

光子晶体材料及其在激光领域中的应用
一、概述
光子晶体材料是一种新型的二维或三维介质，在其结构中存在
周期性的光子禁带，因此可构成光子晶体，是一种具有光子带隙
的晶体材料。

光子晶体的禁带宽度型谱与光波波长期相近，使得
特定波长的光只有在晶体结构中传播，不同波长的光则不能通过，因此在通信、传感、能量转换等领域提供了独特的功能，目前正
在逐渐得到广泛的应用。

二、材料结构与制备方法
光子晶体的结构形态，可分为二维光子晶体和三维光子晶体，
在其结构中分别存在周期性排列的空气球或多孔材料，并且这些
孔洞之间存在相互作用。

在制备过程中，常见的方法包括自组装法、溶胶凝胶法、气相沉积法、光刻、压印法等。

三、光子晶体在激光领域中的应用
1. 光波导
光子晶体具有类似于晶体的结构，他们之间排列的孔洞生成了
周期性的折射率的匹配，在某些波长范围内的光经过这种小孔会
产生Brillouin散射效应。

这种散射效应限制了光子晶体二维的应用，但对于三维的光子晶体来说，其光子带隙完整覆盖了可见光
和近红外光谱区，从而可以实现可控激光束引导。

这种机能是目
前发展激光技术的核心技术，因此具有相当广阔的应用前景。

2. 光谱过滤器
因光子晶体的光子带隙带宽型谱的特性，可以选择特定波长的
强光在晶体中反射而不泄漏，而对于滤去指定波长的波长分析器、滤波器、激光光束稳频器等领域也有着广泛的应用
3. 激光调制器
光子晶体具有高速调制光的能力，其总能力在数千兆赫范围内。

因为光子晶体中的折射率可通过应变、温度等方式调制，从而可
以够达到全光调制的目的，实现性能更强、功能更定制化的激光
调制器。

4. 激光反射镜
光子晶体的禁带结构可实现针对特定波长的反射镜功能的反射镜，通常被应用于固体激光器与飞秒激光器系统等中，因为这些
激光机内的光为高密度的光束，需要高稳定性的输出和反射系数。

在激光反射镜方面，光子晶体比传统的镜面反射镜有更明显的优势，可以达到反射率达到100%且传输误差小。

四、总结
光子晶体材料因其在光电子学、通信、光学传感、能量转换等领域拥有许多独特的响应和应用，具有极高的研究和应用价值。

光子晶体材料在激光领域中的应用也表明了它在日常使用中的广泛前景。

光子晶体材料的研究和应用可望为实现高度可定制和创新的激光器系统做出贡献。