本文標題："光子晶體的簡介以及應用-光學材料小常識"

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光子晶體的簡介以及應用-光學材料小常識

光子晶體(Photonic Crystal)是指具有周期性排列用以調(diào)制電磁波傳播行為的介電質(zhì)
材料，及能對光波作出反應的特殊晶格，亦即具有能夠影響光波行為的規(guī)則性光學結
構，這種影響類似于半導體晶體對于電子行為的影響，而自然界中存在著各種形態(tài)的光

子晶體。目前納米材料探討的光子晶體，系指由不同折射率的介質(zhì)，以周期性排列而構
成的人工微結構，藉由人為的結構設計，制作特殊需求的人工光子晶體。由于介電常數(shù)
存在空間上的周期性，引起空間折射率的周期變化，當人工光子晶體介電系數(shù)的變化很
大且變化周期與光波長相當時，光波的色散關系將出現(xiàn)帶狀結構，稱為光子能帶結構
(Photonic Band Structures)，相對應的頻率區(qū)間稱為光子頻率帶隙(Photonic Band Gap，
PBG)，頻率落在帶隙中的光波或電磁波是被禁止傳播的，進而影響光線傳播行為，因
此可更明確的定義具有此光子頻率帶隙的周期性介電結構稱作為光子晶體。然而介電常
數(shù)周期性排列的方向，并不等同于帶隙出現(xiàn)的方向，在一維光子晶體和二維光子晶體
中，也有可能出現(xiàn)全方位的三維帶隙結構，圖 8 分別為一維、二維、三維的光子晶體結
構示意圖。而有關光子晶體的特性分析，目前已結合固態(tài)物理及電磁理論，發(fā)展多種計
算方法以探討其物理特性，包括平面波展開法(Plane Wave Expansion Method)、有限時域
差分法(Finite-Difference Time-Domain Method，簡稱 FDTD Method)及傳遞矩陣法
(Transfer-Matrix Method)等

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