光子晶体简介论文
光子晶体制备技术和应用研究进展
光子晶体制备技术和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
因此，光子晶体被视为控制光传播行为的重要工具，具有广阔的应用前景。
随着科学技术的飞速发展，光子晶体的制备技术和应用研究进展日新月异，对推动光子学、光学、材料科学等多个领域的发展起到了重要的推动作用。
本文旨在全面概述光子晶体的制备技术和应用研究进展。
我们将回顾光子晶体的基本概念和特性，阐述其在光学领域的重要性和独特性。
然后，我们将详细介绍各种光子晶体的制备技术，包括微球自组装、激光全息干涉、胶体晶体模板法等，并分析其优缺点。
在此基础上，我们将探讨光子晶体在光子器件、传感器、显示器、太阳能电池等领域的应用研究进展，并展望其未来的发展趋势。
我们将总结当前光子晶体研究的挑战和前景，以期为该领域的研究者提供有益的参考和启示。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备技术和应用研究进展的平台，促进相关领域的交流和合作，推动光子晶体技术的进一步发展和应用。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术是实现其独特光学性质和应用的关键。
随着科技的不断进步，光子晶体的制备方法也在持续创新和发展。
目前，主要的制备技术包括微球自组装法、模板法、全息光刻法、激光直写法和溶胶-凝胶法等。
微球自组装法：这是一种基于胶体微球自组装原理的制备方法。
通过精确控制微球的尺寸和排列，可以在溶液中形成有序的三维结构，进而制备出具有特定光学性质的光子晶体。
该方法操作简单，成本低廉，但制备的光子晶体尺寸和形貌控制精度有限。
模板法：模板法是利用已有的模板结构，通过填充、沉积或刻蚀等方式，在模板表面或内部形成光子晶体结构。
这种方法可以实现复杂形状和结构的光子晶体制备，但模板的制作成本较高，且制备过程相对复杂。
全息光刻法：全息光刻法利用干涉光场的空间调制作用，在光刻胶或其他光敏材料中形成三维周期结构，进而制备出光子晶体。
光子晶体新材料及其应用研究
光子晶体新材料及其应用研究光子晶体是新兴的一种功能材料，它具有优异的光学性质和广泛的应用潜力。
对光子晶体的研究不仅推动了基础光学学科的发展，还引发了许多新兴领域的研究和应用。
本文将就光子晶体的基本原理、制备方法及其在光学、电子、能源等领域的应用进行详细探讨。
光子晶体是一种具有周期性的介质结构，其周期与入射光的波长在同一个数量级上，导致光子晶体能够选择性地控制光的传播和能带结构。
光子晶体研究的核心问题就是找到对特定波长的光具有禁带效应的介质结构。
光子晶体的制备方法多种多样，常见的方法有光刻、自组装、电子束曝光、溶胶凝胶法等。
其中，光刻是一种常用的光子晶体制备方法，通过光刻胶和光刻技术可以制备出具有亚微米或纳米级周期结构的光子晶体。
此外，自组装是一种基于表面张力和间距选择性的制备方法，其原理是通过在表面引入适当的分子，使得分子在溶液中能够自发地形成规则的周期结构。
光子晶体具有丰富的光学性质和应用潜力。
光子晶体材料具有宽禁带、全反射、禁止局域模式等特点，其在光学器件领域的应用广泛，如光子晶体光纤、反射镜、滤波器等。
此外，光子晶体还具有优异的波导、光学谐振腔、光波导耦合等性质，因此在光学通信、光学计算和光学信息处理方面具有巨大的潜力。
除了在光学领域的应用，光子晶体在电子学和能源领域也表现出了广阔的应用前景。
光子晶体光带隙材料具有较小的折射率和色散，可以用于制备高效的光电池、太阳能电池等光电器件。
光子晶体在传感器方面的应用也备受关注，其通过调控光的传播特性实现对气体、生物分子等物质的高灵敏检测。
光子晶体还在化学和生物学研究中发挥着重要的作用。
通过调控光子晶体的结构和材料可以制备出具有特定传感功能的纳米粒子和薄膜，用于药物传递、分子识别和催化等领域。
此外，光子晶体还可以应用于生物成像和光学探针等方面，为生物医学研究提供了新的工具。
尽管光子晶体在许多领域的应用潜力巨大，但其制备工艺和性能优化仍然面临挑战。
一方面，光子晶体制备的技术要求较高，需要精确控制材料结构和周期性；另一方面，光子晶体的应用还需要进一步研究其与其他材料的相容性和复杂环境下的表现。
光子晶体的结构与性能关系研究
光子晶体的结构与性能关系研究光子晶体是一种新型的材料，具有优异的光学性质和潜在的应用前景。
其独特的结构和性能关系吸引了许多学者的研究兴趣。
本文将介绍光子晶体的结构特点以及其与光学性能的关系，探讨其在光学器件和信息技术领域中的潜在应用。
一、光子晶体的结构特点光子晶体是一种周期性结构的材料，由一系列不同的介电常数分布组成。
其结构可分为一维、二维和三维光子晶体，其中三维光子晶体的结构最为复杂。
光子晶体的结构特点主要包括以下几个方面：1、介电常数分布的周期性排列：光子晶体中的介电常数呈现出周期性的分布，其周期与光波长同阶，因此光子晶体具有较强的光子带隙。
2、光子带隙：光子晶体中的光子带隙是一种特殊的波动现象，它代表了一定范围内的光波不能通过光子晶体材料。
光子带隙的宽度和位置与光子晶体材料的结构和介电常数密切相关。
3、多光子模式：光子晶体中还存在多光子模式，其能量比单光子带隙的能量高出很多倍。
多光子模式可以通过控制光子晶体的结构和厚度来实现光子谐振和增强荧光等应用。
二、光子晶体的光学性能光子晶体具有优异的光学性质，其主要来源于其结构的周期性排列和特殊的介电常数分布。
光子晶体的光学性能主要包括以下几个方面：1、光子带隙：光子带隙是光子晶体最重要的光学特性之一，它使得光子晶体具有光学滤波和反射的功能。
光子带隙的宽度和位置可通过调节光子晶体的结构和介电常数来实现。
2、色散关系：光子晶体的色散关系是指光子的波矢和频率之间的关系。
由于光子晶体具有周期性的介电常数分布，因此其色散关系与普通材料有所不同。
光子晶体的色散关系通常表现为平带、斜带和弯带等形式。
3、光学谐振：光子晶体中的多光子模式可以通过调节光子晶体的结构和厚度来实现光学谐振，从而实现增强荧光和激光等应用。
三、光子晶体在光学器件和信息技术中的应用光子晶体具有优异的光学性能和潜在的应用前景，尤其是在光学器件和信息技术领域。
以下是光子晶体在这两个领域中的应用举例：1、光学滤波器：利用光子晶体的光子带隙可以实现高效的光学滤波器，其应用范围包括光通信、生物医学和光谱分析等领域。
光子晶体毕业论文
引言光子晶体光纤（PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。
这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。
独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域，因而成为目前国际上研究的热点。
在光纤激光器这一领域，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。
以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显著改善。
近年来，国外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作。
目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。
本文阐述了PCF的一些独特优越特性、导光原理及对光子带隙导光型光子晶体光纤的结构设计，介绍了PCF的发展以及优化设计。
第一章光子晶体光纤概述§1．1光子带隙型光子晶体光纤的理论进展上个世纪，随着科学技术的不断发展，电子技术几乎进入了人们生活的各个方面，人们对大规模集成电路的微型化、高效化和稳定性提出了更多、更高、更新的要求，而传统的电子技术不能满足高端前沿的发展需要。
因此，人们把目光投向于光子技术，希望可以用光子取代电子来获取、传输、存储和处理信息。
光子与电子相比有许多优点，光子具有极快的响应能力、极强的互连能力、极大的存储能力和极高的信息容量，但是光子不能和电子一样随意控制，这使得光通信、光器件的研究和应用难以取得进步。
科学家们正努力寻找一种新型光学材料使光子能被有效控制，结果光子晶体迅速成为研究焦点。
1987年，E．Yablonovitch[1]研究在固体物理和电子学中抑制自发辐射时，提出周期性结构中某些特定频率光的传播在一个带隙被严格禁止；几乎同时S．John讨论在特定的无序介质超晶格中光子的局域性时，指出在规则排列的超晶格中引入某种缺陷，光子有可能被局限在缺陷中而不能向其它方向传播。
光子晶体及其应用
光子晶体及其应用光子晶体是一种具有周期性结构的光学材料，由于其特殊的光学性质和结构，被广泛应用在光学器件、生物医学、光通讯等领域。
本文将介绍光子晶体的基本概念、结构特点及其在不同领域的应用。
一、光子晶体的基本概念光子晶体是一种具有周期性结构的材料，在这个材料中，电子波照到晶体上会被电子所反射。
同样的道理，光子晶体中的光波照到晶体中也会发生反射。
由于光子晶体中的周期性结构，其对光的反射和透射具有非常特殊的光学性质，可以用来控制光的传播和强度分布。
二、光子晶体的结构特点光子晶体的结构可以分为一维、二维和三维结构。
其中，三维结构的光子晶体最为复杂和多样化，其结构可以类比于晶体的结构，具有完美的晶体周期性。
二维光子晶体是由两层周期性平面构成的，一维光子晶体是由一个周期性结构构成的。
除了结构上的区别，光子晶体还具有以下特点：1、色散关系特殊。
光子晶体中的色散关系与普通媒质不同，有时会呈现出反常色散现象。
2、布拉格反射。
在光子晶体中，光波照射到晶体上会发生布拉格反射现象，即光受到反射的角度与入射角度相等，反射后的光波会受到相位差。
3、光波导。
在光子晶体中，由于其介质介电常数的周期性变化，可以形成光子带隙，从而达到光波导的目的。
三、光子晶体的应用1、光学器件。
光子晶体具有良好的光学性质，可以用来制造滤光器、反射镜、光纤等光学器件。
2、生物医学。
光子晶体可以用于生物医学，如制作一些新型传感器、生物分子的检测等。
3、光通讯。
光子晶体光纤可以提高光通讯的传输速度和质量，有效地消除光波导结构中存在的散射问题。
4、太阳能电池。
光子晶体可以制造太阳能电池，利用传统的硅基太阳能电池反射的光线转化为光子波导，达到吸收更多的光线能量的效果。
5、光学计算。
光子晶体可以用来制造光学计算器，这种计算器以光子晶体为介质，将光传递过程中的衍射、干涉等光学效应应用于计算。
光子晶体作为一种新型的光学材料，具有良好的光学性质和应用前景。
随着科技的不断发展，光子晶体在各个领域的应用前景也将越来越广泛。
光子晶体论文
光子晶体摘要：光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，按其空间分布分为一维、二维、三维光子晶体，一维光于晶体已得到实际应用，三维光于晶体仍处于实验室实验阶段，由于其优良的性能，未来光子晶体材料必将得到大力开发，应用前景更广泛。
本文简要的论述了光子晶体的原理，理论研究，材料制备以及相关的应用。
光子晶体材料是本世纪最具潜力的材料之一，至从上世间八十年代后期提出这一概念后。
光于材料的研究和应用得到了很太的发展，目前在光纤和半导体激光器中已得到应用，本文就光子材料的基本概念和研究现状综合评述并对其未来发展趋势作出相应预测。
关键字：光子晶体;材料制备;前景应用Hotonic crystalAbstract:photonic crystal is a photonic band gap in periodic dielectric structure material, according to their spatial distribution is divided into one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional photonic crystal, one-dimensional light in crystals have been obtained the practical application, 3D light in the crystal is still in the laboratory stage, because of its excellent performance, future photonic crystal material bound to get development, application is more extensive. This paper briefly discusses the principle of photonic crystal, theoretical research, preparation and application. Photonic crystal material is the most potential of one of the materials, to the world in the late eighty put forward this concept. Light in materials research and application has been great development, present in the fiber and semiconductor lasers have been applied, the photonic materials the basic concepts and research status are summarized and the future development trends to make the corresponding prediction.Keywords: photonic crystal material preparation and its application prospect光子晶体的原理1、什么是光子晶体光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，所谓光子带隙是由于介电常数不同的材料在空间周期性排列导致介电常数的空间周期性，使得光折射率产生周期性分布，光在其中传播时产生能带结构，在带隙中的光子频率被禁止传播，因此称光子禁带，具有光子禁带特征的材料称光子晶体。
光子晶体的制备和应用研究进展
光子晶体的制备和应用研究进展一、本文概述光子晶体，也称为光子带隙材料，是一种具有周期性折射率变化的介质结构，其独特的性质使得光波在其中传播时受到调制，类似于电子在晶体中的行为。
自二十世纪末光子晶体概念提出以来，其制备技术和应用研究便成为了科学研究的热点。
本文旨在概述光子晶体的制备方法以及在不同领域中的应用研究进展，以期对光子晶体的未来发展提供全面的视角和深入的理解。
我们将对光子晶体的基本概念和特性进行简要介绍，以便为后续的研究进展提供理论基础。
随后，我们将重点综述目前光子晶体的主要制备方法，包括胶体自组装法、激光全息干涉法、逐层堆积法等，并探讨各种方法的优缺点及其适用范围。
在应用研究方面，我们将关注光子晶体在光子器件、光通信、太阳能电池、传感器以及生物医学等领域的应用进展。
我们将详细分析这些应用背后的原理、技术实现以及取得的成果，并对未来的发展趋势进行展望。
我们将对光子晶体的研究现状进行总结，并指出当前面临的挑战和未来的发展方向。
通过本文的综述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解光子晶体制备和应用研究的平台，推动光子晶体在科学技术和工业领域的进一步发展。
二、光子晶体的制备技术光子晶体的制备技术自其概念提出以来，经历了长足的发展和进步。
光子晶体的制备技术主要分为两大类：自上而下（Top-down）和自下而上（Bottom-up）的方法。
自上而下法主要包括机械加工、微影术和激光刻蚀等。
这些方法通常用于制造具有周期性结构的三维光子晶体。
机械加工方法可以通过精确控制机械力，如研磨、切割和雕刻等，来创建具有特定周期性结构的光子晶体。
微影术则利用光化学反应在基材上生成特定的图案，然后通过化学或物理手段进行蚀刻，从而制作出光子晶体。
激光刻蚀则使用激光束直接对材料进行刻蚀，形成光子晶体。
这些方法的主要优点是制造精度高，可以大规模生产，但设备成本较高，且难以制备出具有复杂结构和精细调控的光子晶体。
自下而上法则主要包括胶体自组装、溶胶-凝胶法、气相沉积和生物模板法等。
光学论文 光子晶体的研究
物理光学论文题目光子晶体的制备与应用院系英才学院学号7111900302姓名张一博日期2012、10、31摘要本文介绍了基本光子晶体、二维光子晶体以及复合结构光子晶体的制备。
光子晶体具有许多不同于单组分胶体粒子的独特的光、电、磁、催化等物理与化学性质, 是构筑光子晶体材料的重要组元。
从材料复合的不同形式阐述了复合结构光子晶体的制备方法; 列举了光子晶体器件的典型应用, 综述了光子晶体的主要用途; 并展望了复合结构光子晶体的发展方向。
关键词：光子晶体；二维光子晶体；复合结构光子晶体；制备；功能；应用AbstractThis paper introduces several kinds of photonic crystals such as two-dimension photonic crystal and compound-photonic crystal. Then the paper talks about some ranges to use these photonic crystals.Keywords: photonic crystal, two-dimension photonic crystal, compound-photonic crystal, use.1 引言光子晶体的出现，为信息技术新的飞跃提供了一次历史性的机遇。
正如20世纪中叶半导体的发现对此后半个世纪世界经济产生巨大影响一样, 光子晶体的研究、开发和应用可能在未来若干年世界经济的发展提供一个新的生长点。
光信息技术是信息化社会的主要技术支撑。
目前信息技术的核心是建立在半导体材料基础之上的微电子技术。
由于强烈的需求, 微电子技术以惊人的速度发展。
根据摩尔定律, 半导体元件的集成度以每18个月翻一番的速度发展, 电子和微电子技术正在走向物理上和技术上的极限(如速度极限、密度极限), 这些不可逾越的技术极限对信息技术的进一步发展提出了重大挑战。
光子晶体的结构和性质
光子晶体的结构和性质光子晶体是一种新型材料，其具有一些独特的特性和特点，使得它在光学等领域中有着广泛的应用价值。
在本文中，我将介绍光子晶体的结构和性质，以及它的应用领域。
一、光子晶体的结构光子晶体是一种具有周期性的介质结构。
它的周期结构可以通过两种方式来实现：一种是通过定向的处理方式制造出一种有序的结构排列方式，另一种是通过周期性的控制介质的折射率来实现。
这种周期性结构通常具有一定的周期性重复性，形成了具有特定的光学性能的光学晶体结构。
光子晶体可以以不同的形状和大小制造，有时候可以通过热处理或者化学处理来微调晶体结构的性质。
例如，通过改变介质的厚度、孔隙率、孔隙形状、化合物成分和晶格参数等因素，可以得到不同形状、尺寸的光子晶体，其光学性能也会发生相应的变化。
光子晶体的结构一般是由一个或多个周期性的介质构成，这些介质通常由有机或无机材料所组成。
光子晶体中的周期结构可以通过光学显微镜来观测，并且通常在光学显微镜下会呈现出一些独特的镜像效应。
二、光子晶体的性质光子晶体的性质非常特殊。
它可以用来控制光的传播和分布，比如通过结构的调整控制光的传播方向、而且由于光子晶体的周期性结构，它还可以通过控制分辨率、孔隙度或表面等因素对一些物质的性质进行控制。
光子晶体中的光学性质，一方面来源于介质的结构周期性，在介质周期性的控制下，光的传播、透射和反射会发生相应的改变。
另一方面，由于光子晶体对电磁波的调控作用，其可以控制光的传播路径和传播速度，这些特性使得光子晶体在光子学中具有广泛的应用。
光子晶体具有一些独特的光学性质。
首先，它对于改变光的能量有强烈的选择性，其反射谱可以在光的能量吸收带的边缘形成非常强烈的反射峰，这种特性可以广泛应用于一些光学设备中。
其次，光子晶体还可以通过改变控制结构的介质厚度和折射系数来控制光的传输。
例如，光的波长和角度可以通过调整结构中的介质厚度和孔隙大小来改变，其可以被应用在滤光器、检测器、光谱仪等设备中。
光子晶体及其特征[概述]
![光子晶体及其特征[概述]](https://img.taocdn.com/s3/m/357142647ed5360cba1aa8114431b90d6c8589b7.png)
光子晶体及其特性王娟娟摘要: 光子晶体是一种介电常数不同的、 其空间呈周期分布的新型光学材料。
通过深入研究,达到进一步了解光子晶体的原理、 特性、 制备方法以及应用之目的。
关键词: 光子晶体 光子禁带 光子局域 Purce ll 效应1.引言20世纪，半导体的发现并应用引发了一场影响开半导体材料，半导体内部存在周期性势场 电子受到周期性势场的调制发生布拉格散射形成能带结构，而带与带之间可能存在禁带，落入禁带中的电子则无法继续传播。
1987 年 E. Yablonovich 和 S. John 分别提出了光子晶体的概念[1-2]光子晶体是由不同介电常数的物质在空间周期性排列而形成的人工微结构，当电磁波通过光子晶体时 光子晶体中周期性排布的介电常数会对电磁波进行调制，从而产生光子能带能带之间可能存在禁带 与半导体对比可以发现在光子晶体中，周期性分布的介电常数起到了半导体中周期性势场的作用，同时与电子禁带相对应的也有光子禁带的存在，因此有人又把光子晶体称为光半导体 光子晶体可以用于制作光子晶体偏振器件、光子晶体微波天线、光子晶体棱镜、光子晶体光纤光子晶体波导等[3-6]在光通信，光电集成等方面具有极其广阔的应用前景。
2.光子晶体 光子晶体按照其周期性排列方式可分为一维、二维和三维光子晶体，它们的介电常数分别在一维、二维和三维空间上周期性排列，其中一维光子晶体就是常见的多层膜结构，二维光子晶体是周期性排列的介质柱或空气孔，三维光子晶体中介电常数则在3个方向具有周期性 在实际应用中，二维光子晶体有着更广泛的前景更受到人们的重视光子晶体具有高低折射率材料交替排列的周期性结构 可以对相应频率的电磁波进行调制产生光子禁带[7-8]，如果在3个方向上都存在周期结构，可以产生全方位的光子禁带，在全方位光子禁带中与该禁带频率相对应的电磁波将被完全禁止传播光子禁带是光子晶体的主要特性，光子晶体的另一个特性是光子局域 若光子晶体的周期结构被破坏就会在光子禁带中产生缺陷态，与之频率相对应的光子就被局域在缺陷态中，偏离缺陷态就会被强烈散射，我们可以通过在光子晶体中引入缺陷，制造缺陷态的方式来制作各种光子晶体功能器件，另外光子晶体可以抑制自发辐射 若光子禁带频率与光子晶体中原子自发辐射频率相吻合，则该频率光子的态密度为零，自发辐射被抑制，光子禁带和光子局域现象的存在为人为控制光的传播提供了可能。
光子晶体材料的制备与性能研究毕业论文
光子晶体材料的制备与性能研究毕业论文在这篇论文中，我将探讨光子晶体材料的制备与性能研究。
光子晶体是一种具有周期性介电常数或折射率的材料，它能够控制光的传播与调制光的特性。
本文将从制备方法、性能表征以及应用方面进行讨论。
一、光子晶体的制备方法光子晶体的制备方法主要包括自组装法、模板法和光刻制备法。
自组装法是以相互吸引的机理，通过控制分子或胶体颗粒的组装行为，形成周期性结构。
模板法通过使用二维或三维模板，将材料填充到模板孔隙中，形成光子晶体结构。
光刻制备法则使用光刻技术制备微米尺度的结构，然后通过沉积材料形成光子晶体。
二、光子晶体的性能表征光子晶体的性能主要通过光学、电学和磁学等方面进行表征。
光学性质主要包括禁带、折射率、反射光谱等；电学性质则涉及电介质常数、局域场强度分布等；磁学性质则与材料的磁导率有关。
这些性质的表征可以通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线衍射等技术手段来实现。
三、光子晶体的应用光子晶体由于其具有特殊的光学性质，在光学通信、传感器、光子芯片和光学器件等领域都有广泛的应用。
在光学通信领域，光子晶体光纤的应用可以实现光信号的高速传输和光波导的低损耗。
在传感器领域，光子晶体材料可以用于制备高灵敏度和高选择性的传感器，用于检测环境中的温度、压力和化学物质等参数。
在光子芯片和光学器件领域，光子晶体的周期性结构可以用于构建光学滤波器、光学波导器件和光学集成芯片。
四、光子晶体材料的研究进展与挑战当前，光子晶体材料的研究主要集中在对制备方法的改进和性能的优化上。
例如，通过改变自组装条件、选择合适的模板材料以及控制光刻参数等，可以实现更高质量的光子晶体材料制备。
此外，还可以通过改变材料的组成、形貌和结构来优化光子晶体的性能，以实现更广泛的应用。
然而，光子晶体材料的制备仍然面临一些挑战，如制备过程的复杂性、材料成本的高昂以及光子晶体的稳定性等。
综上所述，光子晶体材料的制备与性能研究是一个具有重要意义的领域。
光子晶体论文光子晶体中光传输特性理论研究报告
光子晶体论文：光子晶体中光传输特性的理论研究【中文摘要】本论文基于国家自然科学基金资助课题“无序介质激光机理的相关研究”及“单光子激光的新机理研究”的工作基础上,围绕光子晶体的光传输特性,分别对正负折射率交替变化的一维光子晶体的透射谱,一维三元光子晶体微腔的模式竞争特性进行了研究,深入探讨了二维三角晶格光子晶体点缺陷的光子局域化,以及光子晶体波导的耦合特性,论文主要内容包括：1、光子晶体的研究现状及其理论方法介绍。
2、基于传输矩阵法(TMM>理论,研究了折射率正负交替光子晶体正入射时,介质层数目和光学厚度随机对光波传输特性的影响,并计算透射谱以及介质层内光场的分布。
结果表明：光子晶体的传输特性与随机度和介质层的厚度相关,透射率随介质层厚度随机度的增大而降低,带宽变窄；透过率随介质层数增大而减小,禁带宽度却变得更宽；介质层内光场呈现局域状态。
3、利用传输矩阵理论研究了一维三元光子晶体带增益介质微腔的传输特性,结果表明：透射谱呈现出模式竞争特性；发现透射主峰的中心波长和Zno增益介质层厚度互相匹配。
在其他参数合适的情况下,改变Zno增益介质层厚度,透射主峰的中心波长也相应改变。
另外,增大光子晶体介质层数目或增大泵浦光强度,模式竞争现象更加明显。
4、通过平面波展开法对二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构进行研究,计算得出其色散图以及缺陷模分布。
结果表明：缺陷模波长与微腔谐振波长基本吻合。
利用FDTD模拟谐振波长波段的电磁波在光子晶体中传播的动态演化过程,并计算出局域模的空间分布图。
最后在有规律地改变缺陷周围介质柱半径的情况下实现谐振中心波长的可调性。
5、提出一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法：将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区；利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性曲线。
结果发现；减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小；分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合器内的光波可以与任意分段介质进行独立、互不相干地耦合,光信号可以在两耦合波导中进行受控地、不间断地交替传输,从而实现了光信号沿两不同端口受控输出的开关效应。
光子晶体：操控光的奇异材料
光子晶体：操控光的奇异材料光子晶体是一种具有周期性结构的材料，它能够有效地操控光的传播和特性。
光子晶体的研究和应用在光学领域具有重要的意义，不仅为我们深入理解光的行为提供了新的途径，还为光通信、光电子学等领域的发展带来了巨大的潜力。
一、光子晶体的基本原理光子晶体的基本原理是利用材料内部的周期性结构来调控光的传播。
光子晶体的周期性结构可以通过周期性的折射率分布来实现，这种分布可以通过控制材料的组成、形状和尺寸等参数来实现。
当光传播到光子晶体中时，由于周期性结构的存在，光子晶体会对光进行衍射和干涉，从而产生一系列特殊的光学效应。
二、光子晶体的特性光子晶体具有许多独特的特性，使其成为一种重要的光学材料。
首先，光子晶体可以实现光的完全禁带，即在某个频率范围内，光无法在光子晶体中传播。
这种禁带效应可以用来制备光学滤波器、光学隔离器等器件。
其次，光子晶体还可以实现光的反射、透射和散射等效应，这些效应可以用来制备光学镜子、光学波导等器件。
此外，光子晶体还具有色散调控、非线性光学效应等特性，这些特性为光子晶体的应用提供了更多的可能性。
三、光子晶体的制备方法目前，光子晶体的制备方法主要包括自组装法、光刻法和纳米加工法等。
自组装法是一种简单而有效的制备方法，通过控制溶液中颗粒的浓度和pH值等参数，可以使颗粒自发地排列成周期性结构。
光刻法是一种常用的微纳加工技术，通过光刻胶和光刻机等设备，可以将期望的结构图案转移到材料表面上。
纳米加工法是一种利用纳米级别的工具和技术来制备光子晶体的方法，如电子束曝光、离子束曝光等。
四、光子晶体的应用领域光子晶体的研究和应用涉及到多个领域，包括光通信、光电子学、光传感、光催化等。
在光通信领域，光子晶体可以用来制备高效的光纤耦合器、光开关等器件，提高光通信系统的传输效率和容量。
在光电子学领域，光子晶体可以用来制备高效的太阳能电池、光电探测器等器件，提高光电转换效率。
在光传感领域，光子晶体可以用来制备高灵敏度的光传感器、生物传感器等器件，实现对光、电磁波和生物分子等的高精度检测。
综述光子晶体的研究进展
光子晶体的最新研究进展（学号：SA12231016 姓名：陈飞虎）摘要：光子晶体（Photonic Crystal）是在1987年由S.john[1]和E.Yablonovitch[2]分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。
在这二十多年的发展当中，光子晶体已在光通信技术、材料科学和激光与光电子学等方面都取得了相应的进展。
本文阐述了光子晶体在各方面所取得的相应进展，并探讨光子晶体在各个领域的最新研究状况。
关键词：光子晶体研究进展1 引言自光子晶体这一概念提出以来，它就成为各个学科领域的科学家们关注的热点。
光子晶体(Photonic crystals)材料又称为光子带隙(Photonic band gap,PBG)材料,指介电常数(折射率)周期性变化的材料。
电子在固态晶体的周期性势垒下能形成电子带隙,光子晶体的周期性晶格对光的布拉格散射可以形成光子带隙,频率处在光子带隙中的光被禁止进入光子晶体。
若光子晶体中某个地方不满足周期性,即引入了缺陷,禁带中就会出现缺陷态,缺陷态具有很高的光子态密度。
采用各种材料,设计不同的光子晶体结构和引入不同的缺陷类型以及缺陷组合,可以制作出功能和特性各异的微纳光子器件。
因光子晶体具有光子带隙和光子局域两大优越特点，所以它在发光二极管、多功能传感器、光通讯、光开关、光子晶体激光器等现代高新技术领域[3-4]有着广泛应用。
当前所制备的光子晶体大多不可调，但对于可调制光子晶体的带隙可以调控，电介质的折射率和光子晶体的晶格常数决定了光子带隙的宽度和位置，故改变外部环境，如加电场、磁场、压力或温度等，均能对光子禁带进行调制。
因此可调控的光子晶体成为各个应用领域的研究热点和方向。
2 光通信技术方向的研究进展传统波导利用的是全内反射原理，当波导弯曲较大时，电磁波在其中的传播不再符合全反射原理，以至于弯曲损耗较大。
而光子晶体波导采用的是不同方向缺陷模共振匹配原理，因而光子晶体波导不受转角限制，有着极小的弯曲损耗。
光子晶体的制备及在传感器中的应用共3篇
光子晶体的制备及在传感器中的应用共3篇光子晶体的制备及在传感器中的应用1光子晶体的制备及在传感器中的应用引言随着科技的快速发展，传感器逐渐成为重要的技术方向。
随着制备技术的不断进步，一种新型材料——光子晶体在传感器领域中的应用逐渐被广泛关注。
本文将重点介绍光子晶体的制备原理及其在传感器中的应用。
光子晶体的制备原理光子晶体是一种由周期性的介电常数变化形成的光学晶体。
其制备原理是利用其内部周期性的介电常数分布，使其对特定频率的光产生布拉格反射，满足布拉格条件，从而形成光子带隙。
制备光子晶体的方法主要包括自组装技术、衍射光刻技术、电子束光刻技术和激光直写技术等。
其中，自组装技术是一种低成本、高效率的制备方法，适用于制备二维光子晶体，而电子束光刻技术和激光直写技术则可制备出更为复杂的三维光子晶体。
光子晶体在传感器中的应用光子晶体具有精密的结构和光学性质，适用于传感器等领域的制备。
现将其在传感器领域中的应用分别介绍如下：1.生物传感器光子晶体可通过掺杂荧光染料、生物分子等物质，并与待检测物质作用，使其发生光学性质变化，并通过测量其反射和透射光信号大小来定量检测待检测物质。
目前，基于光子晶体技术的生物传感器已成功应用于疾病诊断、食品安全等领域。
2.气体传感器光子晶体可通过掺杂有机染料、金属氧化物等物质，制备敏感材料，并与待检测气体作用，使其发生色谱性质变化，并通过测量其反射和透射光信号大小来定量检测待检测气体。
目前基于光子晶体技术的气体传感器已广泛应用于工业安全、环保等领域。
3.光学传感器光子晶体可通过改变其周期性结构，使其产生光学缺陷，并通过测量光学缺陷的光学性质来实现光学传感。
基于光子晶体技术的光学传感器可应用于光学通讯、光学计量等领域。
结论光子晶体是一种新型的材料，在传感器等领域中具有广泛应用价值。
其制备方法及应用技术还有优化的空间，我们有理由相信，在未来的科技发展中，光子晶体将成为一种非常重要的材料总的来说，光子晶体是一种材料，它在光学性质和精密结构方面具有许多独特的特征。
光子晶体的设计与应用
光子晶体的设计与应用光子晶体是一种具有定向传播和控制光波传播的特性的材料。
它可以通过控制光子在结构中的传播来实现对光的调控和操控，具有广泛的应用前景。
在这篇文章中，我们将探讨光子晶体的设计原理、制备方法以及其在各个领域中的应用。
一、光子晶体的设计原理光子晶体是由周期性改变的折射率或介电常数分布所构成的材料。
通过调整结构中不同材料的分布和尺寸，可以实现对不同波长的光的衍射、反射和透射的控制。
光子晶体的设计需要考虑材料的折射率、周期性结构的单元尺寸以及光的波长。
在光子晶体的设计过程中，常用的方法包括调整结构中单元的形状、尺寸和周期，或者利用不同材料的变化来调节材料的折射率。
例如，可以通过改变孔径的大小来调节光子晶体的带隙宽度，进而实现对光的频谱的选择性传输和抑制。
此外，还可以利用空气孔洞或其他材料来形成光子晶体材料的二维或三维周期结构，以实现对光的散射和反射的控制。
二、光子晶体的制备方法光子晶体的制备可以通过多种方法实现，包括自组装法、纳米加工技术、溶胶凝胶法等。
其中，自组装法是一种常用且效果较好的制备方法。
自组装法是指通过控制材料在溶液中的自组装行为，形成具有周期性结构的光子晶体。
在自组装法中，可以利用溶液的溶剂挥发、渗透等方法来控制晶体的形成过程，从而实现对光子晶体的结构和形态的调控。
纳米加工技术是另一种常用的制备光子晶体的方法。
通过纳米级别的光刻、薄膜沉积等技术，可以实现对光子晶体的微观结构和周期性的精确控制。
这种方法不仅可以制备二维的光子晶体结构，还可以实现对三维结构的制备。
溶胶凝胶法是一种利用溶胶中的物质凝聚形成光子晶体的制备方法。
通过溶胶中的原子、分子或聚合物的凝聚行为，可以形成具有周期性结构的光子晶体。
这种方法简单、易于操作，适用于制备大面积的光子晶体。
三、光子晶体的应用领域光子晶体在光学、光通信、光电子器件、传感器等领域具有重要的应用价值。
在光学领域，光子晶体可以用于设计和制备具有特定波长选择性的滤光片、衍射光栅和光学薄膜等器件。
综述光子晶体的研究进展
综述光子晶体的研究进展光子晶体（Photonic crystal）是一种具有周期性的折射率分布的人工光学材料，其在电磁波的传播中发挥着重要作用。
光子晶体可以通过控制光的传播行为实现对光波的调控和控制，具有广泛的应用潜力。
本文将综述光子晶体的研究进展。
光子晶体的发展可以追溯到1987年，当时Yablonovitch等人首次提出了光子禁带（Photonic bandgap）的概念，即在一些频率范围内，光子晶体可以完全排除特定方向上的电磁波的传播。
这一概念引发了光子晶体研究的热潮。
在光子晶体的研究中，设计和制备光子晶体材料是关键环节。
研究人员通过改变光子晶体的周期、形状和尺寸等参数，来调控光的传播特性。
常用的制备方法包括自组装法、溶胶凝胶法、光刻法和自旋镀膜法等。
随着技术的发展，研究人员可以制备出具有二维和三维周期结构的光子晶体材料。
光子晶体的研究进展可以总结为以下几个方面。
首先，光子晶体在光学器件中的应用取得了重要进展。
例如，在光纤通信中，光子晶体光纤可以提供低损耗和低色散的传输特性，进一步提高了通信带宽和传输距离。
此外，光子晶体在激光器、太阳能电池和光学传感器等领域也有广泛应用。
其次，光子晶体的表面等离子体共振研究也取得了重要进展。
通过将金属等离子体纳米颗粒引入光子晶体中，可以产生局域表面等离子体共振效应，从而实现对光的超聚焦和局域增强效应。
这对于提高光学器件的分辨率和灵敏度具有重要意义。
另外，光子晶体在光学传感器和生物医学领域的应用也受到了广泛的关注。
光子晶体结构可以通过改变其反射光的特性对环境中的物质进行探测和识别。
例如，通过改变光子晶体的折射率，可以实现对环境中的气体和化学物质的检测。
此外，光子晶体还可以用于生物成像和癌症治疗等生物医学应用。
最后，光子晶体的研究也涉及到新型材料的开发。
近年来，研究人员通过结合光子晶体结构和具有特定光学性质的材料，如非线性光学材料和拓扑绝缘体材料，实现了更多样化和功能化的光子晶体器件。
光子晶体的周期性结构性质研究
光子晶体的周期性结构性质研究光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其周期性结构可使光子在其中发生布拉格散射。
近年来，光子晶体在光学、电子、能源等领域的研究中引起了广泛关注。
本文将介绍光子晶体的周期性结构性质的研究进展。
光子晶体是一种类似于晶体结构的材料，其周期性结构由光学材料的折射率分布所决定。
通过调节材料的折射率和周期，可以实现对光子晶体的光学特性的控制。
光子晶体具有完全的光学禁带结构，可以实现光的波长选择性传输和光子的完全束缚。
因此，光子晶体在信息技术、光通信、光控制器件等领域具有广阔的应用前景。
光子晶体的周期性结构性质主要包括禁带结构、布拉格散射和色散关系。
禁带结构是光子晶体中光子能量的一个范围，在该范围内，光子无法传播。
而位于禁带的两侧的光频率范围内，光子可以通过光子晶体。
禁带结构的宽度和位置可以通过调节光子晶体的周期和折射率来控制。
布拉格散射是光子晶体中光子的散射现象。
当光子的频率位于禁带内或禁带边界附近时，光子与周期性结构相互作用，发生布拉格散射。
布拉格散射可以实现对光子的传输和控制。
例如，在光学通信系统中，可以通过调节光子晶体的周期和折射率，实现光子的频率选择性传输。
光子晶体的色散关系是光子晶体中光子频率与其波矢的关系。
光子晶体的波矢受到光子禁带结构的限制，从而导致光子的色散关系与自由空间中的色散关系有所不同。
光子晶体的色散关系可以通过光子的传输和散射特性来实现调控。
例如，在光子晶体波导中，可以通过调节波导参数和光子晶体的周期，实现对光子色散关系的调控，从而实现对光子的传输和调制。
光子晶体的周期性结构性质的研究主要涉及材料制备与工艺、光学测量和仿真模拟等方面。
材料制备与工艺主要包括光子晶体的制备方法、材料的选择和加工工艺。
光学测量包括对光子晶体的折射率、禁带结构和布拉格散射等性质的测量。
仿真模拟则通过数值计算方法对光学性质进行模拟和分析。
在材料制备与工艺方面，研究人员通过溶胶-凝胶法、自组装法、电子束曝光和离子束刻蚀等方法制备了不同类型的光子晶体。
自然界的光子晶体
自然界中存在着一类具有周期性介电结构的材料，被称为光子晶体材料。
这些材料具有光子禁带，可以通过全反射的方式禁止特定频率的光子在其中传播。
光子晶体的周期性结构会在光子带隙边缘处引入慢光导模，从而实现极慢光。
光子晶体是一种可以调控光子传播的周期性的光学纳米结构，其对于光子的调控类似于离子晶格对电子运动的调控。
在自然界中，光子晶体的表现包括结构生色和动物皮毛的反射颜色。
由于光子晶体所具备的调控光子传播过程的特性以及光子晶体在结构模型和研究方法上与半导体具有许多可以相互借鉴之处，这类材料被认为在半导体光催化领域的研究中具有巨大的前景。
以上信息仅供参考，如需了解更多关于自然界的光子晶体的信息，建议咨询量子科学家或查阅相关科技文献资料。
光子晶体原理范文
光子晶体原理范文光子晶体原理是指一种由周期性的折射率分布构成的周期性结构，其在光学领域具有非常重要的应用价值。
光子晶体可以通过改变周期性结构的周期长度和折射率分布来控制光的传播和透射特性，从而实现对光的波长、频率、方向和强度的调控，具有很高的光学功能性。
光子晶体的形成需要两个基本条件，即周期性结构和折射率分布差异。
周期性结构是指晶体中的单元格以一定的规律排列，可以是一维、二维或三维的周期性排列。
而折射率分布差异是指晶体中的材料具有不同的折射率，在一些区域具有较高的折射率，在其他区域则具有较低的折射率。
光子晶体的最重要特性之一是光子禁带，即在特定的波长范围内，光子晶体不允许一些频率范围的光波传播。
这是由于在光子晶体中存在周期性结构，当光波的频率和晶体的周期匹配时，光波会和晶体内的周期性结构相互干涉，导致光波被散射、反射或吸收，从而无法传播过去。
光子禁带的存在使得光子晶体具有许多应用价值，比如光学滤波器、波导器件、光学波分复用等。
光子晶体的性质可以通过改变周期性结构和折射率分布来调节。
周期性结构的改变可以通过改变晶体的单元格间距或者单元格的形状来实现。
这些改变会直接影响光子晶体中的光子禁带大小和位置，从而改变光子晶体对特定波长范围内的光的响应。
折射率分布的改变可以通过改变晶体中不同材料的折射率，或者通过引入缺陷或杂质来调节。
这些改变可以使得光子晶体产生缺陷模式，如边界态、共振态等，从而实现对光的局域控制。
光子晶体的制备可以通过多种方法实现，如光刻技术、溶胶-凝胶法、等离子体增强化学气相沉积等。
这些方法可以根据需要的周期性结构和折射率分布进行选择，并且可以实现从宏观尺度到纳米尺度的光子晶体制备。
光子晶体的应用非常广泛，包括光子晶体光纤、光子晶体光放大器、光子晶体激光器、光子晶体太阳能电池、光子晶体传感器等。
在光通信领域，光子晶体可以通过改变波导中的周期性结构和折射率分布，来实现对光信号的调控和传输，从而实现高速、高带宽的光通信。
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光子晶体简述吉林师范大学欧天吉 0908211摘要：光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，按其空间分布分为一维、二维、三维光子晶体，一维光于晶体已得到实际应用，三维光于晶体仍处于实验室实验阶段，由于其优良的性能，未来光子晶体材料必将得到大力开发，应用前景更广泛。
本文简要的论述了光子晶体的原理，理论研究，材料制备以及相关的应用。
光子晶体材料是本世纪最具潜力的材料之一，至从上世间八十年代后期提出这一概念后。
光于材料的研究和应用得到了很太的发展，目前在光纤和半导体激光器中已得到应用，本文就光子材料的基本概念和研究现状综合评述并对其未来发展趋势作出相应预测。
关键字：光子晶体材料制备前景应用光子晶体的原理1、什么是光子晶体光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，所谓光子带隙是由于介电常数不同的材料在空间周期性排列导致介电常数的空间周期性，使得光折射率产生周期性分布，光在其中传播时产生能带结构，在带隙中的光子频率被禁止传播，因此称光子禁带，具有光子禁带特征的材料称光子晶体。
因其具有光子局域、抑制自发辐射等特性，故光子晶体也被认为是控制光子的光半导体。
1987年，E.Yallonovitch和S.John在研究抑制自发辐射和光子局域时分别，提出了光子晶体这一新概念1990年，Ho.K.M，等人从理论上计算了一种三维金刚石结构光子晶体的色散关系。
光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。
与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。
能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。
所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。
光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。
光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。
２、光子晶体的性质光子晶体的最根本性质是具有光子禁带,落在禁带中的光是被禁止传播的。
Yablonovitch指出:光子晶体可以抑制自发辐射。
因自发辐射的几率与光子所在频率的态的数目成正比,当原子被放在一个光子晶体里面,而它的自发辐射光的频率正好落在光子禁带中时,由于该频率光子的态的数目为零,因此自发辐射几率为零,自发辐射被抑制。
反之,光子晶体也可以增强自发辐射,只要增加该频率光子的态的数目便可以实现,如光子晶体中混有杂质时,光子禁带中会出现品质因子很高的杂质态,具有很大的态密度,这样就可以实现辐射增强。
光子禁带的出现依赖于以下几个因素:一是光子晶体的结构,二是介电常数的配比,三是光子晶体的几何构形。
一般说来,如果光子晶体中2种介质的介电常数的差异足够大,在介质交界面就会发生布拉格散射而且介电常数比越大,入射光被散射的越强烈,出现光子禁带的可能就越大。
光子晶体的另一个重要性质是“光子局域”(photon localization)。
John 于1987年提出:在一种精心设计的无序介电材料组成的超晶体中,光子呈现很强的Anderson 局域。
在光子晶体中,如果原有的周期性或对称性受到破坏,在其光子禁带中就有可能出现频率极窄的缺陷态,与缺陷态频率吻合的光子会被局域在出现缺陷位置,一但偏离缺陷位置光就将迅速衰减。
另外,二维晶体对入射电场方向不同的ＴＥ,ＴＭ两种偏振模式的光具有不同的光子禁带。
关于光子晶体的理论研究由于光子晶体结构与普通晶体结构的类似,普通晶体的许多概念被移植到光子晶体的研究里,如能带、带隙、能态密度等。
电子能带的许多处理方法也被延伸用于处理光子能带。
继Yablonovitch和John的开创性工作不久,有些人就尝试按照电子能带计算的各种方法,如利用薛定谔方程来计算光子能带,但结论与试验结果不符。
这是因为电子自旋为1/2的费米子,是标波量,而光波是自旋为1的玻色子,是矢波量。
因此,必须从麦克斯韦方程组出发,在矢量波理论的框架里计算光子晶体的能带结构。
平面波展开的方法是在光子晶体能带研究中使用的较早也用得最多的一种方法,虽然该方法有效地揭示光子晶体中的能带结构,但是不能与实验测量直接对应,后来人们又采用了转移矩阵法等计算光子晶体的能带结构和透射系数,下面分别进行阐述。
1.1 平面波法1990年,美国的何启明、陈子亭和ｓｏｕｋｏｕｌｉｓｈ小组便是利用平面波法第一个成功地预言了在一种具有金刚石结构的三维光子晶体中存在完整的光子禁带,禁带出现在第二条和第三条能带之间。
电磁场在倒格矢空间以平面波叠加的形式展开,可以将麦克斯韦方程组化成一个本征方程,求解的本征值便得到传播光子的本征频率。
但是这种方法有明显的缺点:计算量几乎正比于所用平面波数的立方,因而受到严格的约束,对某些情况显得无能为力。
如当光子晶体结构复杂或处理有缺陷的体系时,需要大量平面波,会因计算能力的限制而不能计算或难以准确计算。
如果介电常数不是恒值而是随频率变化,就没有一个确定的本征方程形式,展开中可能出现发散,导致根本无法求解。
1.2差分或有限差分法该方法是将一个单位原胞划分成许多网状小格,列出网上每个结点的有限差分方程,利用布里渊区边界的周期条件,同样将麦克斯韦方程组化成矩阵形式的特征方程。
该矩阵是准对角化的,其中只有少数的一些非零矩阵元,明显减少了计算量,节省了计算机内存。
该方法的缺点是没有考虑晶格点的形状,遇到特殊形状格点的光子晶体时,难以求得精确解。
1.3转移矩阵方法将磁场在实空间格点位置展开,将麦克斯韦方程组化成转移矩阵形式,同样变成本征值求解问题。
转移矩阵表示一层格点场强与相邻另一层格点场强的关系,它假设在构成的空间中在同一格点层上有相同的态和相同的频率,这样可以利用麦克斯韦方程组将场从一个位置外推到整个晶体空间。
该方法有效地解决了介电常数随频率变化的金属系统,计算量正比于实空间格点数的平方,因而计算量比前种方法也大大降低,精确度非常好,而且能计算反射系数及透射系数。
1.4 Ｎ阶法该方法引自电子能带理论的紧束缚近似,是由Yee于1966年所提出的时域有限差分法发展而来。
该方法的基本思想是:从定义的初始时间的一组场强出发,根据布里渊区的边界条件,利用麦克斯韦方程组可以求出场强随时间的变化,最终求解出能带结构。
该方法计算量只与组成系统的独立分量数目Ｎ成正比。
但是在处理Anderson局域和光子禁带中的缺陷态等问题时,计算量剧增。
3.5 超元胞法和格林函数法引入缺陷的光子晶体在激光或光学回路中有广泛应用。
计算有缺陷、多点缺陷、线缺陷以及表面态的光子晶体能带时可以用超元胞法进行平面时展开。
当混有多种缺陷时,可以采用格林函数法。
以上所述的理论计算方法是在给定晶体结构组成后才能定性、定量地计算出准确的结论。
但是到目前为止,因为在光子禁带形成中起决定作用的物理机制是什么?或者说怎样从物理上定性、定量地分析和设计光子禁带尚无定论,有待于进一步研究。
实际理论分析中，还有很多其他的方法，如：有限元法、N阶法等。
这些方法各有优缺点，在应用时要根据实际场合合理地选用。
在光子晶体的研究中这些分析方法是十分重要的，由于光子晶体的制备非常困难，通常是先应用这些方法分析得出光子晶体的一些特性，再由试验来验证这些结论。
光子晶体的材料制备近年来，光子晶体得到了越来越多的关注和推崇。
科学家们从各个方面来寻求开发应用光子晶体的途径。
然而，光子晶体得到广泛应用，还需要解决以下几个问题：1）制作可以对波长在可见光范围内的光产生BandGap的光子晶体还有很大的困难（具体内容请参看光子晶体制造方法介绍）。
2）解决随意在任意位置引入需要的缺陷的问题――上文已经提到这种缺陷意义。
3）制作高效率光子传导材料的技术问题。
4）如何将现在的电流和电压加到光子晶体上的问题。
晶体结构可在外加电场和磁场控制下进行转换从而成为可调节的光子晶体。
该种可调节晶体结构的光子晶体可用来制作体积微小、广泛用於遥距通讯和卫星通讯的远红外激光器，亦有助研究激发态分子的化学反应，对化工生产、药物研制及生物科技都十分重要。
下图是日本某实验室通过引入缺陷等方法而制造的光回路系统。
其中就用到了上面提到过的无阈值激光发射器和缺陷条纹等技术。
固体物理中的许多其它概念也可以用在光子晶体中，不过需要指出的是光子晶体与常规的晶体虽然有相同的地方，也有本质的不同，如光子服从的是麦克斯韦（Maxwell）方程，电子服从的是薛定谔方程；光子波是矢量波，而电子波是标量波；电子是自旋为1/2的费米子，光子是自旋为1的玻色子；电子之间有很强的相互作用，而光子之间没有。
光子晶体是一种人造微结构,它的晶格尺寸与光波的波长相当,是晶体晶格尺寸的1000倍。
光子晶体的制作具有相当大的难度,根据适用的波长范围,制作技术也不同。
此外,还需要引入缺陷态,因此,制作过程往往需要采用多种技术才能完成。
精密加工法Ames实验室证实了金刚石结构的光子晶体具有很大的带隙后, Yablonovitch等人便采用活性离子束以打孔法制造了第一块具有完全光子带隙(photonic band gap, PBG)的三维光子晶体。
他们采用反应离子束刻蚀技术在一块高介电常数的底板表面以偏离法线35.26°的角度从3个方向钻孔,各方向的夹角为120°。
但是,当孔钻得较深,并彼此交叉时,孔会产生位置偏离,从而影响其周期性结构。
Ho等提出了木堆结构(Woodp ile Structure) ,即用介电柱的多层堆积形成完全带隙的介电结构。
Ozbay等用铝棒堆积成Woodpile结构,其缺点是工艺比较繁琐,且结构的周期准确性难以保证。
Ozbay等又发展了逐层叠加结构(Layer-by-layer Structure) ,即先制造出各向异性的二维Si/SiO2 层状结构,然后以Woodp ile 结构的周期结构形式进行逐层叠加,即四层形成一个周期。
通过层叠法和半导体工艺的结合,使得设计出的光子晶体具有禁带宽、带隙可达到红外及近红外区的优点。
由于是以半导体工业成熟的技术为基础,精密加工法是制备光子晶体最为稳定可靠的方法。
然而其工艺复杂、造价昂贵,并且受现有半导体技术水平的限制,若要制备更小波长尺度的三维光子晶体、晶体掺杂以及缺陷引入等方面却存在着很大的挑战。
胶体晶体法早在1968年, Kriger等人就发现了由乳液聚合得到的聚苯乙烯胶乳(50～500nm)在体积分数超过35%时出现蛋白石特有的颜色。
蛋白石是一种具有不完全带隙的光子晶体,其独有的颜色是由可见光的布拉格衍射产生的。
由于胶体晶体的晶格尺寸在亚微米级量级,它可望成为制造近红外及可见光波段三维光子晶体的一条有效途径。