光子禁带

　　背景

　　20世纪80年代末，人们发现光在一种介电常量周期变化的空间介质中传播时，某些频率的光不能透过，即出现光子的频率禁带．之后“光子晶体”。这一崭新的概念便出现在光学领域。光子晶体是一种折射率周期排列的合成材料，其主要特征就是存在光子禁带。在禁带中，某些频率范围的光不能透过；而在某些频率范围内的光是可以透过的。因此，光子晶体既可以是光子的绝缘体，又可以是光子的良导体。作为一种新兴的人工微结构材料，光子晶体是光学领域技术突破性进步的关键。

　　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。

　　特征

　　光子带隙是光子晶体最重要的特征。光子晶体具有和半导体相似的结构，只是将半导体中周期变化的原子变成了周期变化的两种不同介电常数的介质材料。和半导体材料一样，介电常数的周期性排列产生了一定的“势场”，当两种材料的介电常数相差足够大时，在电介质界面上会出现布拉格散射，产生光子带隙，能量落在带隙处的光将不能传播。 两种介质材料的介电常数比 （或折射率比） 越大，布拉格散射越强烈，就越有可能出现光子带隙。光子带隙可以分为完全带隙与不完全带隙。所谓完全带隙，是指光在整个空间的所有传播方向上都有带隙，且每个方向上的禁带能相互重叠；不完全带隙，相应于空间各个方向上的禁带并不完全重叠，或只在特定的方向上有禁带。