फोटोनिक क्रिस्टल

फोटोनिक क्रिस्टल ही एक आधुनिक सामग्री आहे ज्यामध्ये उच्च आणि निम्न अपवर्तक निर्देशांक आणि दिलेल्या वर्णक्रमीय श्रेणीतील प्रकाशाच्या तरंगलांबीशी तुलना करता येणारी परिमाणे वैकल्पिकरित्या प्राथमिक पेशी असतात. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्समध्ये फोनिक क्रिस्टल्सचा वापर केला जातो. असे गृहीत धरले जाते की फोटोनिक क्रिस्टलचा वापर अनुमती देईल, उदाहरणार्थ. लाइट वेव्हच्या प्रसारावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी आणि फोटोनिक इंटिग्रेटेड सर्किट्स आणि ऑप्टिकल सिस्टीम, तसेच मोठ्या बँडविड्थ (पीबीपीएसच्या क्रमानुसार) दूरसंचार नेटवर्क तयार करण्यासाठी संधी निर्माण करेल.

प्रकाशाच्या मार्गावर या सामग्रीचा प्रभाव अर्धसंवाहक क्रिस्टलमधील इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीवर जाळीच्या प्रभावासारखाच असतो. त्यामुळे ‘फोटोनिक क्रिस्टल’ हे नाव पडले. फोटोनिक क्रिस्टलची रचना विशिष्ट तरंगलांबीमध्ये प्रकाश लहरींचा प्रसार रोखते. मग तथाकथित फोटॉन अंतर. फोटोनिक क्रिस्टल्स तयार करण्याची संकल्पना 1987 मध्ये अमेरिकेच्या दोन संशोधन केंद्रांमध्ये एकाच वेळी तयार करण्यात आली.

न्यू जर्सीमधील बेल कम्युनिकेशन्स रिसर्चचे एली जाब्लोनोविच यांनी फोटोनिक ट्रान्झिस्टरसाठी सामग्रीवर काम केले. तेव्हाच त्याने "फोटोनिक बँडगॅप" ही संज्ञा तयार केली. त्याच वेळी, प्रिस्टन युनिव्हर्सिटीचे सजीव जॉन यांनी दूरसंचारात वापरल्या जाणार्‍या लेझरची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी काम करत असताना हीच दरी शोधून काढली. 1991 मध्ये, एली याब्लोनोविचला पहिला फोटोनिक क्रिस्टल मिळाला. 1997 मध्ये, क्रिस्टल्स मिळविण्यासाठी एक वस्तुमान पद्धत विकसित केली गेली.

नैसर्गिकरित्या उद्भवणाऱ्या त्रिमितीय फोटोनिक क्रिस्टलचे उदाहरण म्हणजे ओपल, मोर्फो वंशाच्या फुलपाखराच्या पंखांच्या फोटोनिक थराचे उदाहरण. तथापि, फोटोनिक क्रिस्टल्स सामान्यतः सिलिकॉनपासून प्रयोगशाळांमध्ये कृत्रिमरित्या तयार केले जातात, जे छिद्रयुक्त देखील असतात. त्यांच्या संरचनेनुसार, ते एक-, द्वि- आणि त्रि-आयामी विभागलेले आहेत. सर्वात सोपी रचना ही एक-आयामी रचना आहे. एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल्स हे सुप्रसिद्ध आणि दीर्घकाळ वापरले जाणारे डायलेक्ट्रिक स्तर आहेत, जे प्रतिबिंब गुणांकाने वैशिष्ट्यीकृत आहेत जे घटना प्रकाशाच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असतात. खरं तर, हा ब्रॅग मिरर आहे, ज्यामध्ये उच्च आणि निम्न अपवर्तक निर्देशांकासह अनेक स्तर असतात. ब्रॅग मिरर नेहमीच्या लो पास फिल्टरप्रमाणे काम करतो, काही फ्रिक्वेन्सी परावर्तित होतात तर इतर पार केल्या जातात. जर तुम्ही ब्रॅग मिररला ट्यूबमध्ये रोल केले तर तुम्हाला द्विमितीय रचना मिळेल.

कृत्रिमरित्या तयार केलेल्या द्वि-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल्सची उदाहरणे म्हणजे फोटोनिक ऑप्टिकल फायबर आणि फोटोनिक स्तर, जे अनेक बदलांनंतर, पारंपारिक एकात्मिक ऑप्टिक्स सिस्टमपेक्षा खूपच कमी अंतरावर प्रकाश सिग्नलची दिशा बदलण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात. फोटोनिक क्रिस्टल्सचे मॉडेलिंग करण्यासाठी सध्या दोन पद्धती आहेत.

पहिला - PWM (प्लेन वेव्ह पद्धत) एक- आणि द्वि-आयामी संरचनांचा संदर्भ देते आणि ब्लॉच, फॅराडे, मॅक्सवेल समीकरणांसह सैद्धांतिक समीकरणांच्या गणनेमध्ये असते. सेकंद फायबर ऑप्टिक स्ट्रक्चर्सचे मॉडेलिंग करण्याची पद्धत FDTD (फिनाइट डिफरन्स टाइम डोमेन) पद्धत आहे, ज्यामध्ये विद्युत क्षेत्र आणि चुंबकीय क्षेत्रासाठी वेळ अवलंबून असलेली मॅक्सवेलची समीकरणे सोडवणे समाविष्ट आहे. हे दिलेल्या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्समध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या प्रसारावर संख्यात्मक प्रयोग करण्यास अनुमती देते. भविष्यात, यामुळे प्रकाश नियंत्रित करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या तुलनेत आकारमानांसह फोटोनिक सिस्टम मिळवणे शक्य होईल.

फोटोनिक क्रिस्टलचे काही अनुप्रयोग:

• लेझर रेझोनेटर्सचे निवडक आरसे,
• वितरित फीडबॅक लेसर,
• फोटोनिक तंतू (फोटोनिक क्रिस्टल फायबर), फिलामेंट्स आणि प्लानर,
• फोटोनिक सेमीकंडक्टर, अति-पांढरे रंगद्रव्य,
• वाढीव कार्यक्षमतेसह LEDs, Microresonators, Metamaterials - डावे साहित्य,
• फोटोनिक उपकरणांची ब्रॉडबँड चाचणी,
• स्पेक्ट्रोस्कोपी, इंटरफेरोमेट्री किंवा ऑप्टिकल कोहेरेन्स टोमोग्राफी (ओसीटी) - मजबूत फेज इफेक्ट वापरून.