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(jié)
構(gòu)，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(gòu)
成的人工微結(jié)構(gòu)，藉由人為的結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)系將出現(xiàn)帶狀結(jié)構(gòu)，稱為光子能帶結(jié)構(gòu)
(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，圖 8 分別為一維、二維、三維的光子晶體結(jié)
構(gòu)示意圖。而有關(guān)光子晶體的特性分析，目前已結(jié)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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