二氧化硅微球

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光子晶体（Photonic Crystal）是在1987年由 S.John 和 E.Yablonovitch 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。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。

光子晶体在高效率发光二极管、低阈值激光器、光波导等的应用研究中取得了很大进展. 美国Science 杂志连续两年把光子晶体评为当前自然科学十大热点研究领域之一, 预示着新世纪中光子晶体广阔的诱人前景。有人预言, 光子晶体可能代替半导体, 成为信息承载和传输的媒体, 导致再一次的技术革命。

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。

SiO2 胶体球有易于制备和粒径大小可控的特点, 成为目前应用最广泛的制备光子晶体的材料。

光子晶体的应用

光子晶体的光子带隙的存在使它具有很重要的应用背景，可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能器件 。

1 高性能反射镜 控制光子流动的晶体

频率落在光子带隙中的光子或电磁波不能在光子晶体中转播，因此选择没有吸收的介电材料制成的光子晶体可以反射从任何方向入射的光，反射率几乎为100%，而传统的金属反射镜虽然在较大的波段内可以反射光，但在红外波段有较大的吸收。如果把这种光子晶体反射镜用作平面天线的衬底，可以解决衬底透射的问题。

2 光子晶体波导

传统的介电波导可以支持直线传播光，但在拐角处会损失能量。而光子晶体波导不仅对直线路径，而且对转角都有很高的效率，这对于光学器件的集成非常有意义。

3 光子晶体微腔

在光子晶体中引入缺陷可能在光子带隙中出现缺陷态，这种缺陷态具有很大的态密度和品质因子，这种光子晶体制成的微腔比传统的微腔优异得多，用它制作微腔激光器，体积可以非常小。

4 光子晶体光纤

在传统的光纤中，光在中心的氧化硅核传播，通常采取掺杂的办法提高其折射系数以增加传输效率，但不用的掺杂物只能对一种频率的光有效。英国Bath大学的研究人员用几百个传统氧化硅棒和氧化硅毛细管一次绑在一起组成六角阵列，在2000度高温下烧结后制成了二维光子晶体的光纤，在光纤的中心可以人为地引入空气孔作为导光通道，也可以用固体硅作为导光介质。光子晶体光纤在两个方面明显优于传统的光纤，一是它在很宽的频率范围内支持单模运行，二是可以传输更大功率。

5 光子晶体超棱镜

常规的棱镜难以分开波长相近的光，而用光子晶体制成的超棱镜分光的能力比常规棱镜大100到1000倍，而体积只有常规的百分之一大小，这对光通信中的信息处理有很重要的意义。

6 光子晶体偏振器

用二维光子晶体制作的偏振器具有传统的偏振没有的有点 工作频率范围大、体积小、易于集成，很容易在硅片上集成或在硅基上制成光子晶体还有许多其它应用背景 如无阈值激光器、光开关、光放大、滤波器等新型器件 随着对光子晶体的许多新的物理现象的深入了解和光子晶体制作技术的改进，光子晶体更多的用途将会被发现。

7 胶体模板

       制备有序孔或复杂结构的有效模板。

参考资料

百度百科

黄声野. 光子晶体简介

章江英. 电磁学系列讲座之——光子晶体

万勇. 自组装方法与三维光子晶体制作