Cristallo fotonico

In Ottica ed in microfotonica per cristallo fotonico si intende una nanostruttura della materia in cui l’indice di rifrazione ha una modulazione (variazione) periodica dell’indice di rifrazione in una, due o tre dimensioni nello spazio, su scale comparabili con la lunghezza d’onda della luce o, più in generale, di una radiazione elettromagnetica.

Questa modulazione periodica dell’indice può essere ottenuta alternando, in una o più dimensioni, materiali diversi o lo stesso, ma con diversa porosità e quindi diverso indice di rifrazione. Ciò dà ai cristalli fotonici proprietà ottiche analoghe alle proprietà di conduzione elettrica dei cristalli. In particolare i cristalli fotonici possono presentare una banda proibita per la luce analoga a quella dei semiconduttori.

In base alla periodicità della costante dielettrica si possono classificare i cristalli fotonici come: monodimensionali (1-D), bidimensionali (2-D) e tridimensionali (3-D).

I cristalli fotonici mostrano un comportamento con bandgap fotonico completo se c’è un intervallo di frequenze (energie fotoniche), cioè una stop-band, in cui la propagazione dell’onda elettromagnetica è la propagazione dell’onda elettromagnetica è fortemente inibita fortemente inibita, indipendentemente dalla direzione della propagazione o dalla polarizzazione considerata.

Tipicamente per ottenere questo è richiesto un contrasto dell’indice di rifrazione pari a ~2:1 o più.

I cristalli fotonici possono essere chiamati microstrutture microstrutture (nanostrutture) fotoniche fotoniche quando essi sono fabbricati con processi litografici e di etching.

Applicazioni e dispositivi

I dispositivi a bandgap fotonico possono essere usati nelle comunicazioni ottiche, nei display, nei sensori e nei rivelatori.

Laser, LED, fotoricevitori, dispositivi per WDM multiplexing e demultiplexing, circuiti optoelettronici integrati (OEIC) e circuiti fotonici integrati (PIC), dispositivi per la compressione dell’impulso e per il ritardo variabile.

L’uso dei cristalli fotonici consente il miglioramento di alcune prestazioni: ridotta corrente (densità) di soglia, ridotte dimensioni del dispositivo (compattezza), aumentate non linearità, eccetera.

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