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Photonische Kristalle sind in prinzipiell transparenten Festkorpern vorkommende oder geschaffene periodische Strukturen des Brechungsindex die u a durch Beugung und Interferenz die Bewegung von Photonen in der Regel sichtbares Licht oder Infrarot beeinflussen Photonische Kristalle sind nicht zwingend kristallin ihr Name ruhrt von analogen Beugungs und Reflexionseffekten von Rontgenstrahlung in Kristallen aufgrund deren Gitterkonstanten Die Strukturabmessungen sind gleich oder grosser eines Viertels der zugehorigen Wellenlange der Photonen sie liegen also im Bereich von Bruchteilen eines Mikrometers bis mehrere Mikrometer Photonische Kristalle lassen sich von Interferenzschichten und Beugungsgittern dadurch abgrenzen dass sie drei oder auch eindimensional sein konnen unter Umstanden steuerbar sein konnenDie photonischen Kristalle bei einem Blauling hier ein Faulbaum Blauling Photonische Kristalle kommen auch in der Natur vor So entstehen zum Beispiel die schillernden Farben auf Schmetterlingsflugeln durch periodische Strukturen wie sie auch bei photonischen Kristallen Verwendung finden Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau 2 Anwendung 3 Vorkommen in der Natur 4 Forschungsgeschichte u Literatur 5 WeblinksAufbau BearbeitenPhotonische Kristalle bestehen aus strukturierten Halbleitern Glasern oder Polymeren und werden meist durch die aus der Mikroelektronik bekannten Verfahren hergestellt Sie zwingen das Licht mittels ihrer spezifischen Struktur dazu sich in der fur die Bauteilfunktion notwendigen Art und Weise im Medium auszubreiten Dadurch wird es nicht nur moglich Licht auf Abmessungen welche in der Grossenordnung der Wellenlange liegen zu fuhren sondern auch zu filtern und wellenlangenselektiv zu reflektieren Es handelt sich um periodische dielektrische Strukturen deren Periodenlange so eingestellt ist dass sie die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in ahnlicher Weise beeinflussen wie das periodische Potential in Halbleiterkristallen die Ausbreitung von Elektronen Sie zeigen daher einzigartige optische Eigenschaften wie beispielsweise Bragg Reflexion von sichtbarem Licht Insbesondere entsteht analog zur Ausbildung der elektronischen Bandstruktur eine photonische Bandstruktur die Bereiche verbotener Energie aufweisen kann in denen sich elektromagnetische Wellen nicht innerhalb des Kristalls ausbreiten konnen photonische Bandlucken PBG englisch photonic band gap Photonische Kristalle konnen also in gewisser Weise als das optische Analogon zu elektronischen Halbleitern also als optische Halbleiter angesehen werden Anwendung BearbeitenAngewendet werden photonische Kristalle insbesondere in der optischen Telekommunikation Man kann mit Hilfe von photonischen Kristallen beispielsweise Wellenleiter mit sehr kleinen Kurvenradien im Mikrometerbereich bei geringen Verlusten effizientere Festkorperlaser extrem schmalbandige optische Filter Multiplexer und verschiedene andere neuartige optoelektronische Bauelemente realisieren Seit langerem sind auch photonische Kristall Fasern kurz PCF on englisch photonic crystal fiber kommerziell erhaltlich Longitudinale Bragg Gitter Faser Bragg Gitter konnen u a in DFB Lasern angewendet werden Vorkommen in der Natur BearbeitenPhotonische Kristalle die in der Natur vorkommen sind unter anderem Opale Vogelfedern Schmetterlingsflugel Forschungsgeschichte u Literatur BearbeitenPhotonische Kristalle wurden zuerst 1972 von Bykov beschrieben V P Bykov Spontaneous Emission in a Periodic Structure In Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics Band 35 1972 ISSN 0038 5646 S 269 273 PDF abgerufen am 3 November 2013 und zum ersten Mal Ende der 1970er Jahre von R Zengerle experimentell realisiert Remigius Zengerle Lichtausbreitung in ebenen periodischen Wellenleitern Doktorarbeit Universitat Stuttgart 1979 R Zengerle Light Propagation in Singly and Doubly Periodic Planar Waveguides In Journal of Modern Optics Band 34 Nr 12 1987 S 1589 1617 doi 10 1080 09500348714551531 Ende der 1980er Jahre wurden sie unabhangig von Eli Yablonovitch und Sajeev John mit ihren optischen Eigenschaften theoretisch berechnet Eli Yablonovitch Inhibited Spontaneous Emission in Solid State Physics and Electronics In Physical Review Letters Band 58 Nr 20 18 Mai 1987 ISSN 0031 9007 S 2059 2062 doi 10 1103 PhysRevLett 58 2059 Sajeev John Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices In Physical Review Letters Band 58 Nr 23 8 Juni 1987 ISSN 0031 9007 S 2486 2489 doi 10 1103 PhysRevLett 58 2486 Seit dieser Zeit hat die Forschungsaktivitat in diesem Bereich stetig zugenommen und photonische Kristalle sind zu einem aktiven Forschungsgebiet geworden an dem weltweit viele Arbeitsgruppen an Universitaten und Forschungseinrichtungen arbeiten Es geht dabei um die Schaffung von Lichtleitkabeln mit besonderen Eigenschaften neue Wellenlangenbereiche engere Biegeradien Kombifasern fur Faserlaser Fasern mit geringer Dispersion usw und die Optronik Weblinks BearbeitenSteven G Johnson Photonic Crystals Vorlesungssammlung englisch Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Photonischer Kristall amp oldid 206763859