البلورة الضوئية

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 15 صور
الموسوعة الحرة
يحتوي الأوبال الموجود في هذا السوار على بنية مجهرية دورية طبيعية مسؤولة عن لونه المتلألئ . وهو في الأساس بلورة ضوئية طبيعية.
تحتوي أجنحة بعض الفراشات، مثل فراشة Teinopalpus imperialis هذه ، على بلورات ضوئية. [ 1 ] [ 2 ]

البلورة الضوئية هي بنية نانوية بصرية يتغير فيها معامل الانكسار دوريًا. يؤثر هذا على انتشار الضوء بنفس الطريقة التي تُسبب بها بنية البلورات الطبيعية حيود الأشعة السينية ، كما تؤثر الشبكات الذرية (البنية البلورية) لأشباه الموصلات على توصيلها للإلكترونات . توجد البلورات الضوئية في الطبيعة على شكل تلوين بنيوي وعواكس حيوانية ، وبإنتاجها صناعيًا، يُتوقع أن تكون مفيدة في مجموعة واسعة من التطبيقات.

يمكن تصنيع البلورات الضوئية أحادية أو ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. تُصنع البلورات الضوئية أحادية البعد من طبقات رقيقة مترسبة فوق بعضها. أما البلورات ثنائية البعد، فتُصنع بتقنية الطباعة الضوئية ، أو بحفر ثقوب في ركيزة مناسبة. وتشمل طرق تصنيع البلورات ثلاثية الأبعاد الحفر بزوايا مختلفة، وتكديس طبقات ثنائية الأبعاد متعددة فوق بعضها، والكتابة المباشرة بالليزر ، أو، على سبيل المثال، تحفيز التجميع الذاتي للكرات في مصفوفة ثم إذابة هذه الكرات.

يمكن، من حيث المبدأ، استخدام البلورات الضوئية في أي مجال يتطلب التحكم بالضوء. فعلى سبيل المثال، تُعد المرايا العازلة بلورات ضوئية أحادية البعد قادرة على إنتاج مرايا ذات انعكاسية فائقة عند طول موجي محدد. وتُستخدم البلورات الضوئية ثنائية الأبعاد، والتي تُسمى ألياف البلورات الضوئية، في الاتصالات عبر الألياف الضوئية ، إلى جانب تطبيقات أخرى. وقد تُستخدم البلورات ثلاثية الأبعاد في المستقبل في الحواسيب الضوئية ، مما قد يُسهم في تطوير خلايا كهروضوئية أكثر كفاءة . [ 3 ]

على الرغم من أن طاقة الضوء (وجميع الإشعاعات الكهرومغناطيسية ) مُكمّمة بوحدات تُسمى الفوتونات ، فإن تحليل البلورات الفوتونية لا يتطلب سوى الفيزياء الكلاسيكية . وكلمة "فوتونية" في الاسم تشير إلى علم الفوتونيات ، وهو مصطلح حديث يُطلق على دراسة الضوء ( البصريات ) والهندسة البصرية. في الواقع، ربما يعود أول بحث في ما نسميه اليوم بالبلورات الفوتونية إلى عام 1887، عندما أجرى الفيزيائي الإنجليزي اللورد رايلي تجارب على رُزم عازلة متعددة الطبقات دورية ، مُظهرًا قدرتها على إحداث فجوة نطاق فوتوني في بُعد واحد. وازداد الاهتمام البحثي مع عمل إيلي يابلونوفيتش وساجيف جون عام 1987 على هياكل بصرية دورية متعددة الأبعاد، والتي تُعرف الآن بالبلورات الفوتونية.

مقدمة

حيود الضوء من بنية دورية كدالة لطول الموجة الساقطة. في بعض نطاقات أطوال الموجات، لا تستطيع الموجة اختراق البنية.

تتكون البلورات الضوئية من هياكل دقيقة أو نانوية دورية من مواد عازلة، أو مواد معدنية عازلة، أو حتى مواد فائقة التوصيل ، تؤثر على انتشار الموجات الكهرومغناطيسية بنفس الطريقة التي يؤثر بها الجهد الدوري في بلورة أشباه الموصلات على انتشار الإلكترونات ، مُحددًا نطاقات الطاقة الإلكترونية المسموحة والممنوعة . تحتوي البلورات الضوئية على مناطق متكررة بانتظام ذات معامل انكسار عالٍ ومنخفض . قد تنتشر الموجات الضوئية عبر هذه البنية أو قد يُمنع انتشارها، وذلك تبعًا لطولها الموجي. تُسمى الأطوال الموجية التي يمكن أن تنتشر في اتجاه معين بالأنماط ، وتُسمى نطاقات الأطوال الموجية التي تنتشر بالنطاقات . تُسمى نطاقات الأطوال الموجية الممنوعة بفجوات النطاق الضوئي . ينتج عن ذلك ظواهر بصرية مميزة، مثل تثبيط الانبعاث التلقائي ، [ 4 ] والمرايا العاكسة متعددة الاتجاهات عالية الانعكاس، وتوجيه الموجات منخفض الفقد . يمكن فهم فجوة النطاق للبلورات الضوئية على أنها التداخل الهدام للانعكاسات المتعددة للضوء المنتشر في البلورة عند كل واجهة بين طبقات المناطق ذات معامل الانكسار العالي والمنخفض، على غرار فجوات النطاق للإلكترونات في المواد الصلبة.

توجد استراتيجيتان لفتح فجوة النطاق الفوتوني الكاملة. الأولى هي زيادة تباين معامل الانكسار لتوسيع فجوة النطاق في كل اتجاه، والثانية هي جعل منطقة بريلوين أقرب إلى الشكل الكروي. [ 5 ] إلا أن الأولى محدودة بالتقنيات والمواد المتاحة، والثانية مقيدة بنظرية التقييد البلوري . لهذا السبب، فإن البلورات الفوتونية ذات فجوة النطاق الكاملة التي تم إثباتها حتى الآن لها شبكة مكعبة مركزية الوجوه ذات منطقة بريلوين كروية الشكل، ومصنوعة من مواد أشباه موصلات ذات معامل انكسار عالٍ. ثمة نهج آخر يتمثل في استغلال البنى شبه البلورية التي لا تخضع لقيود بلورية. وقد تم الإبلاغ عن فجوة نطاق فوتوني كاملة لعينات شبه بلورية من البوليمرات ذات معامل انكسار منخفض، تم تصنيعها بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. [ 6 ]

يجب أن تكون دورية بنية البلورة الضوئية مساوية أو أكبر من نصف طول موجة الضوء (في الوسط) حتى تظهر تأثيرات التداخل. يتراوح طول موجة الضوء المرئي بين 400  نانومتر (بنفسجي) و700  نانومتر (أحمر)، ويتطلب حساب الطول الموجي داخل المادة قسمته على متوسط ​​معامل الانكسار . لذا، يجب تصنيع المناطق المتكررة ذات ثابت العزل الكهربائي العالي والمنخفض بهذا الحجم. في بُعد واحد، يُنجز ذلك بشكل روتيني باستخدام تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة .

تاريخ

دُرست البلورات الضوئية بأشكال مختلفة منذ عام 1887، لكن لم يُستخدم مصطلح " البلورة الضوئية" إلا بعد أكثر من مئة عام، وذلك بعد أن نشر إيلي يابلونوفيتش وساجيف جون ورقتين بحثيتين هامتين حول البلورات الضوئية عام 1987. [ 4 ] [ 7 ] وقد وُثّق التاريخ المبكر لهذا المجال جيدًا في قصةٍ رُويت عندما صنّفته الجمعية الفيزيائية الأمريكية كأحد أهم التطورات في الفيزياء . [ 8 ]

قبل عام 1987، خضعت البلورات الضوئية أحادية البعد، التي تتخذ شكل طبقات عازلة متعددة دورية (مثل مرآة براغ )، لدراسات مكثفة. بدأ اللورد رايلي دراستها عام 1887 [ 9 ]، مُبينًا أن هذه الأنظمة تمتلك فجوة نطاق ضوئي أحادية البعد، وهي نطاق طيفي ذو انعكاسية عالية، يُعرف باسم نطاق التوقف . تُستخدم هذه البنى اليوم في طيف واسع من التطبيقات، بدءًا من الطلاءات العاكسة وصولًا إلى تحسين كفاءة مصابيح LED، وانتهاءً بالمرايا عالية الانعكاسية في بعض تجاويف الليزر (انظر، على سبيل المثال، ليزر VCSEL ). وقد قام ميلفن إم. واينر [ 10 ] بتطبيق نطاقات المرور ونطاقات التوقف في البلورات الضوئية عمليًا لأول مرة، وأطلق على هذه البلورات اسم "الوسائط المنفصلة ذات الترتيب الطوري". حقق واينر هذه النتائج بتوسيع نظرية داروين الديناميكية [ 11 ] لانعراج براغ للأشعة السينية لتشمل أطوال موجية وزوايا سقوط عشوائية، وحالات تشتت فيها جبهة الموجة الساقطة على مستوى الشبكة بشكل ملحوظ في اتجاه التشتت الأمامي. أجرى فلاديمير ب. بيكوف [ 12 ] دراسة نظرية مفصلة للهياكل البصرية أحادية البعد ، وكان أول من بحث تأثير فجوة النطاق الفوتوني على الانبعاث التلقائي من الذرات والجزيئات المدمجة داخل البنية الفوتونية. كما تكهن بيكوف بما قد يحدث عند استخدام هياكل بصرية دورية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد [ 13 ] . ثم ناقش أوتاكا مفهوم البلورات الفوتونية ثلاثية الأبعاد عام 1979 [ 14 ] ، وطوّر أيضًا منهجية لحساب بنية النطاق الفوتوني. إلا أن هذه الأفكار لم تنتشر على نطاق واسع إلا بعد نشر ورقتين بحثيتين هامتين عام ١٩٨٧ من قِبل يابلونوفيتش وجون. تناولت كلتا الورقتين هياكل بصرية دورية عالية الأبعاد، أي البلورات الضوئية. كان هدف يابلونوفيتش الرئيسي هو هندسة كثافة الحالات الضوئية للتحكم في الانبعاث التلقائي للمواد المدمجة في البلورة الضوئية. أما فكرة جون فكانت استخدام البلورات الضوئية للتأثير على توطين الضوء والتحكم فيه.

بعد عام ١٩٨٧، بدأ عدد الأبحاث المتعلقة بالبلورات الضوئية بالتزايد بشكل كبير. مع ذلك، ونظرًا لصعوبة تصنيع هذه البنى على المقاييس البصرية (انظر: تحديات التصنيع )، اقتصرت الدراسات المبكرة إما على الجانب النظري أو على نطاق الموجات الميكروية، حيث يمكن بناء البلورات الضوئية على مقياس السنتيمتر الأكثر سهولة. (يعود هذا إلى خاصية للحقول الكهرومغناطيسية تُعرف باسم ثبات المقياس . ففي جوهرها، لا تمتلك الحقول الكهرومغناطيسية، باعتبارها حلولًا لمعادلات ماكسويل ، مقياس طول طبيعيًا، لذا فإن حلول البنى ذات مقياس السنتيمتر عند ترددات الموجات الميكروية هي نفسها حلول البنى ذات مقياس النانومتر عند الترددات البصرية).

بحلول عام 1991، كان يابلونوفيتش قد أثبت وجود أول فجوة نطاق ضوئية ثلاثية الأبعاد في نطاق الموجات الميكروية. [ 5 ] وقد تضمن التركيب الذي تمكن يابلونوفيتش من إنتاجه حفر مصفوفة من الثقوب في مادة شفافة، حيث تشكل ثقوب كل طبقة بنية ماسية معكوسة - وهي تُعرف اليوم باسم يابلونوفيت .

في عام 1996، عرض توماس كراوس بلورة ضوئية ثنائية الأبعاد عند الأطوال الموجية الضوئية. [ 15 ] وقد فتح هذا الطريق لتصنيع البلورات الضوئية في مواد أشباه الموصلات عن طريق استعارة أساليب من صناعة أشباه الموصلات.

قدّم بافيل تشيبين نموذجًا جديدًا لموجّهات البلورات الضوئية، وهو موجّه الشبكة دون الطول الموجي (SWG). [ 16 ] [ 17 ] يعمل موجّه SWG في نطاق دون الطول الموجي، بعيدًا عن فجوة النطاق. يسمح هذا النموذج بالتحكم المباشر في خصائص الموجّه من خلال الهندسة النانوية للمادة الفائقة الناتجة ، مع الحدّ من تأثيرات تداخل الموجات. وقد وفّر هذا "درجة حرية مفقودة في مجال الفوتونيات" [ 18 ] ، وحلّ قيدًا هامًا في فوتونيات السيليكون، وهو محدودية المواد المتاحة التي لا تكفي لتحقيق وظائف بصرية معقدة على الرقاقة. [ 19 ] [ 20 ]

تستخدم هذه التقنيات اليوم ألواح البلورات الضوئية، وهي عبارة عن بلورات ضوئية ثنائية الأبعاد تُحفر في ألواح أشباه الموصلات. يعمل الانعكاس الداخلي الكلي على حصر الضوء داخل اللوح، مما يسمح بتأثيرات البلورات الضوئية، مثل هندسة تشتت الفوتونات داخل اللوح. يبحث الباحثون حول العالم عن طرق لاستخدام ألواح البلورات الضوئية في رقائق الكمبيوتر المتكاملة، لتحسين المعالجة الضوئية للاتصالات، سواء داخل الرقاقة نفسها أو بين الرقائق.

تعتمد تقنية التصنيع بالاستنساخ الذاتي، التي اقترحها ساتو وآخرون عام 2002 لبلورات الفوتونيات في نطاق الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي، على الطباعة الحجرية باستخدام حزمة الإلكترونات والحفر الجاف : حيث تُكدس طبقات من الأخاديد الدورية المُشكّلة طباعيًا بواسطة الترسيب بالرش المُتحكم فيه والحفر، مما ينتج عنه "تموجات ثابتة" ودورية. وقد تم إنتاج أجهزة من ثاني أكسيد التيتانيوم / السيليكا وخامس أكسيد التنتالوم /السيليكا، مستغلين خصائص تشتتها وملاءمتها للترسيب بالرش. [ 21 ]

لم تصل هذه التقنيات بعد إلى مرحلة التطبيقات التجارية، ولكن تُستخدم البلورات الضوئية ثنائية الأبعاد تجاريًا في ألياف البلورات الضوئية [ 22 ] (المعروفة أيضًا بالألياف المثقبة، نظرًا لوجود ثقوب هوائية فيها). طُوّرت ألياف البلورات الضوئية لأول مرة على يد فيليب راسل عام 1998، ويمكن تصميمها لتتمتع بخصائص محسّنة مقارنةً بالألياف البصرية (العادية) .

سارت الدراسات في مجال البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد بوتيرة أبطأ مقارنةً بالبلورات ثنائية الأبعاد، ويعود ذلك إلى صعوبة تصنيعها. [ 22 ] لم تكن تقنيات تصنيع البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد مُستمدة من تقنيات صناعة أشباه الموصلات. ومع ذلك، بُذلت محاولات لتكييف بعض هذه التقنيات، وظهرت أمثلة متقدمة للغاية، [ 23 ] على سبيل المثال في بناء هياكل "كومة الخشب" المُشيدة على أساس طبقة تلو الأخرى. وقد سعى اتجاه بحثي آخر إلى بناء هياكل ضوئية ثلاثية الأبعاد من خلال التجميع الذاتي ، وذلك بترك مزيج من الكرات النانوية العازلة يترسب من المحلول ليُشكل هياكل دورية ثلاثية الأبعاد ذات فجوات نطاق ضوئية. وقد أدرك فريق فاسيلي أستراتوف من معهد يوف في عام 1995 أن الأوبال الطبيعي والاصطناعي عبارة عن بلورات ضوئية ذات فجوة نطاق غير مكتملة. [ 24 ] ظهر أول عرض لبنية "أوبال معكوس" ذات فجوة نطاق ضوئي كاملة في عام 2000، على يد باحثين من جامعة تورنتو ومعهد علوم المواد في مدريد (ICMM-CSIC) بإسبانيا. [ 25 ] كما يُسهم مجال الفوتونيات الطبيعية، والإلهام الحيوي، والمحاكاة الحيوية - وهو مجال متنامٍ باستمرار - في مساعدة الباحثين في مجال البلورات الضوئية. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] فعلى سبيل المثال، في عام 2006، تم اكتشاف بلورة ضوئية طبيعية في حراشف خنفساء برازيلية. [ 30 ] وبالمثل، في عام 2012، تم العثور على بنية بلورية ماسية في سوسة [ 31 ] [ 32 ] وبنية من نوع الجيرويد في فراشة. [ 33 ] في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف بلورات ضوئية جيرويدية الشكل في ريش طيور الورق ذات الأجنحة الزرقاء ، وهي المسؤولة عن لونها الأزرق المتلألئ. [ 34 ] تشير بعض المنشورات إلى إمكانية تحقيق فجوة النطاق الضوئي الكاملة في النطاق المرئي في البلورات الضوئية ذات الأوساط المشبعة ضوئيًا، والتي يمكن تحقيقها باستخدام ضوء الليزر كمضخة ضوئية خارجية. [ 35 ]

استراتيجيات البناء

تعتمد طريقة التصنيع على عدد الأبعاد التي يجب أن توجد فيها فجوة النطاق الفوتوني.

البلورات الضوئية أحادية البعد

لإنتاج بلورة ضوئية أحادية البعد، يمكن ترسيب طبقات رقيقة ذات ثوابت عزل كهربائي مختلفة بشكل دوري على سطح ما، مما يؤدي إلى فجوة نطاقية في اتجاه انتشار معين (مثل الاتجاه العمودي على السطح). تُعد شبكة براغ مثالًا على هذا النوع من البلورات الضوئية. يمكن أن تتضمن البلورات الضوئية أحادية البعد طبقات من مواد بصرية غير خطية ، حيث يبرز السلوك غير الخطي نتيجة لتضخيم المجال عند أطوال موجية قريبة مما يُسمى حافة النطاق المتدهور. يمكن أن يصل هذا التضخيم للمجال (من حيث الشدة) إلىشمال2{\displaystyle N^{2}}حيث N هو العدد الإجمالي للطبقات. ومع ذلك، فقد ثبت أنه باستخدام طبقات تتضمن مادة متباينة الخواص البصرية، يمكن أن يصل تعزيز المجال إلىشمال4{\displaystyle N^{4}}، والتي، بالاقتران مع البصريات غير الخطية، لها تطبيقات محتملة مثل تطوير مفتاح بصري بالكامل . [ 36 ]

يمكن تنفيذ بلورة ضوئية أحادية البعد باستخدام طبقات متناوبة متكررة من مادة فائقة وفراغ. [ 37 ] إذا كانت المادة الفائقة بحيث تتبع السماحية النسبية والنفاذية نفس الاعتماد على الطول الموجي، فإن البلورة الضوئية تتصرف بشكل متطابق لأنماط TE وTM ، أي لكل من استقطابي s و p للضوء الساقط بزاوية.

قام باحثون مؤخرًا بتصنيع محزز براغ قائم على الجرافين (بلورة ضوئية أحادية البعد)، وأثبتوا قدرته على إثارة الموجات الكهرومغناطيسية السطحية في بنيته الدورية باستخدام  ليزر هيليوم-نيون بطول موجي 633 نانومتر كمصدر للضوء. [ 38 ] إضافةً إلى ذلك، تم اقتراح نوع جديد من البلورات الضوئية أحادية البعد المصنوعة من الجرافين والعازل. يمكن لهذه البنية أن تعمل كمرشح للأشعة تحت الحمراء البعيدة، وتدعم بلازمونات سطحية منخفضة الفقد لتطبيقات الموجهات الضوئية والاستشعار. [ 39 ] كما تم اقتراح بلورات ضوئية أحادية البعد مُطعّمة بمعادن نشطة بيولوجيًا (مثل الفضة ) كأجهزة استشعار للملوثات البكتيرية . [ 40 ] وقد استُخدمت بلورات ضوئية مستوية أحادية البعد مماثلة مصنوعة من البوليمرات للكشف عن أبخرة المركبات العضوية المتطايرة في الغلاف الجوي. [ 41 ] [ 42 ] إلى جانب البلورات الضوئية الصلبة، يمكن لبعض البلورات السائلة ذات الترتيب المحدد أن تُظهر لونًا ضوئيًا. [ 43 ] على سبيل المثال، أظهرت الدراسات أن العديد من البلورات السائلة ذات الترتيب الموضعي أحادي البعد قصير المدى أو طويل المدى يمكن أن تشكل هياكل ضوئية. [ 43 ]

البلورات الضوئية ثنائية الأبعاد

في بُعدين، يمكن حفر ثقوب في ركيزة شفافة لطول موجة الإشعاع الذي صُممت فجوة النطاق لحجبه. وقد استُخدمت بنجاح شبكات ثقوب مثلثة ومربعة.

يمكن صنع الألياف المثقوبة أو ألياف البلورات الضوئية عن طريق أخذ قضبان أسطوانية من الزجاج في شبكة سداسية ، ثم تسخينها وتمديدها، وتصبح الفجوات الهوائية المثلثة الشكل بين قضبان الزجاج هي الثقوب التي تحصر الأنماط.

البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد

هناك عدة أنواع من الهياكل التي تم إنشاؤها:

  • كرات في شبكة ماسية
  • يابلونوفيت
  • تُحفر "القضبان" المكونة من هيكل خشبي بشكل متكرر باستخدام تقنية الطباعة الحجرية الشعاعية ، ثم تُملأ وتُغطى بطبقة من مادة جديدة. ومع تكرار العملية، تكون القنوات المحفورة في كل طبقة عمودية على الطبقة التي تليها، وموازية للقنوات الموجودة في الطبقتين اللتين تليها، ولكنها غير متوافقة معها في الطور. وتتكرر العملية حتى يصل الهيكل إلى الارتفاع المطلوب. بعد ذلك، تُذاب مادة الملء باستخدام عامل يذيبها دون التأثير على مادة الترسيب. ومن الصعب عمومًا إدخال عيوب في هذا الهيكل.
  • يمكن ترسيب كرات الأوبال المعكوسة أو البلورات الغروية المعكوسة (مثل البوليسترين أو ثاني أكسيد السيليكون ) في شبكة مكعبة متراصة معلقة في مذيب . ثم يُضاف مُصلِّب يُشكِّل مادة صلبة شفافة من حجم المذيب. بعد ذلك، تُذاب الكرات بحمض مثل حمض الهيدروكلوريك . يمكن أن تكون الغرويات كروية [ 25 ] أو غير كروية [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] ، وتحتوي على أكثر من 750,000 قضيب نانوي بوليمري. يخترق الضوء المُركَّز على مُقسِّم الشعاع هذا أو ينعكس، اعتمادًا على الاستقطاب [ 48 ] [ 49 ] .
ألياف بلورية ضوئية
ألياف بلورية ضوئية. صور مجهرية إلكترونية ماسحة لألياف من إنتاج مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي . (يسار) يبلغ قطر اللب الصلب في مركز الألياف 5  ميكرومتر، بينما (يمين) يبلغ قطر الثقوب 4  ميكرومتر. المصدر:
صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لبلورة ضوئية من مادة PMMA ذاتية التجميع في بعدين

تجاويف البلورات الضوئية

لا تقتصر فوائد البلورات الضوئية على فجوة النطاق فحسب، بل قد يكون لها تأثير آخر إذا أزلنا التناظر جزئيًا من خلال إنشاء تجويف نانوي . يسمح هذا العيب بتوجيه الضوء أو حصره بنفس وظيفة الرنان النانوي الضوئي ، ويتميز بتعديل عازل قوي في البلورات الضوئية. [ 50 ] بالنسبة للموجه الضوئي، يعتمد انتشار الضوء على التحكم داخل المستوى الذي توفره فجوة النطاق الضوئية، وعلى الحصر الطويل للضوء الناتج عن عدم تطابق العازل. أما بالنسبة لحصر الضوء، فيُحصر الضوء بشدة داخل التجويف، مما يؤدي إلى مزيد من التفاعلات مع المواد. أولًا، إذا وضعنا نبضة ضوئية داخل التجويف، فسوف تتأخر بمقدار نانوثانية أو بيكوثانية، وهذا يتناسب مع عامل جودة التجويف. أخيرًا، إذا وضعنا باعثًا داخل التجويف، يمكن أيضًا تعزيز الضوء المنبعث بشكل كبير، بل وقد يمر الاقتران الرنيني بتذبذب رابي. يرتبط هذا بديناميكا الكم الكهربائية للتجويف ، وتُحدد التفاعلات من خلال الاقتران الضعيف والقوي بين الباعث والتجويف. عادةً ما تُجرى الدراسات الأولى للتجويف في الألواح الضوئية أحادية البعد على هياكل محززة [ 51 ] أو هياكل التغذية الراجعة الموزعة [ 52 ] . أما بالنسبة لتجاويف البلورات الضوئية ثنائية الأبعاد [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]، فهي مفيدة في تصنيع أجهزة ضوئية فعالة لتطبيقات الاتصالات، إذ يمكنها توفير عامل جودة عالٍ جدًا يصل إلى الملايين بحجم نمط أصغر من الطول الموجي . بالنسبة لتجاويف البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد، طُوّرت عدة طرق، منها طريقة الطباعة الحجرية طبقة تلو الأخرى [ 56 ] ، وطباعة شعاع الأيونات السطحية [ 57 ] ، وتقنية التلاعب الدقيق [ 58 ] . توفر جميع تجاويف البلورات الضوئية المذكورة، التي تحصر الضوء بإحكام، وظائف مفيدة للغاية للدوائر الضوئية المتكاملة، ولكن إنتاجها بطريقة تسمح بنقلها بسهولة يُمثل تحديًا. [ 59 ] لا توجد سيطرة كاملة على إنشاء التجويف، وموقعه، وموضع الباعث بالنسبة لأقصى مجال للتجويف، في حين أن الدراسات لحل هذه المشكلات لا تزال جارية. ويُعد التجويف المتحرك للأسلاك النانوية في البلورات الضوئية أحد الحلول لتخصيص هذا التفاعل بين الضوء والمادة .60 ]

تحديات التصنيع

يواجه تصنيع البلورات الضوئية ذات الأبعاد الأعلى تحديين رئيسيين:

  • صنعها بدقة كافية لمنع فقدان التشتت الذي يؤدي إلى تشويش خصائص البلورة
  • تصميم عمليات قادرة على إنتاج البلورات بكميات كبيرة وبكفاءة عالية

إحدى الطرق الواعدة لتصنيع البلورات الضوئية الدورية ثنائية الأبعاد هي ألياف البلورات الضوئية، مثل الألياف المثقبة . وباستخدام تقنيات سحب الألياف المطورة لألياف الاتصالات ، تُلبّي هذه الطريقة هذين الشرطين، وتتوفر ألياف البلورات الضوئية تجاريًا. وهناك طريقة واعدة أخرى لتطوير البلورات الضوئية ثنائية الأبعاد، وهي ما يُعرف بلوح البلورات الضوئية. تتكون هذه الهياكل من لوح من مادة ما، مثل السيليكون ، يمكن تشكيله باستخدام تقنيات من صناعة أشباه الموصلات. توفر هذه الرقائق إمكانية دمج المعالجة الضوئية مع المعالجة الإلكترونية على شريحة واحدة.

استُخدمت تقنيات متنوعة في مجال البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك تقنيات الطباعة الضوئية والحفر المشابهة لتلك المستخدمة في الدوائر المتكاملة . [ 23 ] بعض هذه التقنيات متوفر تجاريًا بالفعل. ولتجنب التعقيدات التقنية لأساليب النانو ، تتضمن بعض الطرق البديلة تنمية البلورات الضوئية من البلورات الغروية كهياكل ذاتية التجميع.

أصبح بالإمكان الآن إنتاج أغشية وألياف بلورية ضوئية ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع باستخدام تقنية التجميع بالقص، حيث تُكدّس  كريات بوليمرية غروانية يتراوح قطرها بين 200 و300 نانومتر لتشكيل أغشية مثالية ذات بنية مكعبة مركزية الوجوه . وبفضل الغلاف المطاطي الشفاف الأكثر ليونة الذي تغطيه هذه الجسيمات، يمكن مدّ الأغشية وتشكيلها، مما يسمح بضبط فجوات النطاق الضوئي وإنتاج تأثيرات لونية هيكلية مذهلة .

حساب بنية النطاق الفوتوني

فجوة النطاق الفوتوني (PBG) هي في الأساس الفجوة بين خط الهواء وخط العازل في علاقة التشتت لنظام فجوة النطاق الفوتوني. ولتصميم أنظمة البلورات الفوتونية، من الضروري هندسة موقع وحجم فجوة النطاق باستخدام النمذجة الحاسوبية بإحدى الطرق التالية:

محاكاة فيديو لقوى التشتت والمجالات في بنية البلورة الضوئية [ 61 ]

باختصار، تحسب هذه الطرق ترددات (الأنماط الطبيعية) البلورة الضوئية لكل قيمة لاتجاه الانتشار المحدد بواسطة متجه الموجة ، أو العكس. وتتوافق الخطوط المختلفة في بنية النطاق مع الحالات المختلفة لـ n ، وهو مؤشر النطاق. للاطلاع على مقدمة حول بنية النطاق الضوئي، يُرجى مراجعة كتابي ك. ساكودا [ 65 ] وجوانوبولوس [ 50 ] . كما نُشرت برامج مفتوحة المصدر لحساب مخططات النطاق في أدبيات الفوتونيات، بما في ذلك برنامج MPB [ 50 ] [ 66 ] .

تم حساب بنية نطاق بلورة ضوئية أحادية البعد، ذات قلب هوائي DBR، باستخدام تقنية توسيع الموجة المستوية مع 101 موجة مستوية، لنسبة d/a = 0.8، وتباين عازل كهربائي قدره 12.250

يمكن استخدام طريقة توسيع الموجة المستوية لحساب بنية النطاق باستخدام صيغة القيم الذاتية لمعادلات ماكسويل، وبالتالي إيجاد الترددات الذاتية لكل اتجاه من اتجاهات انتشار متجهات الموجة. كما أنها تحل مخطط التشتت مباشرةً. [ 66 ] ويمكن أيضًا حساب قيم شدة المجال الكهربائي على النطاق المكاني للمسألة باستخدام المتجهات الذاتية للمسألة نفسها. بالنسبة للصورة الموضحة على اليمين، والتي تمثل بنية نطاق عاكس براغ الموزع أحادي البعد ( DBR ) ذي قلب هوائي متداخل مع مادة عازلة ذات سماحية نسبية 12.25، ونسبة دورة الشبكة إلى سمك القلب الهوائي (d/a) تساوي 0.8، تم حلها باستخدام 101 موجة مستوية على منطقة بريلوين غير القابلة للاختزال الأولى . كما استغلت طريقة التشتت العكسي توسيع الموجة المستوية، ولكنها تصوغ معادلة ماكسويل كمسألة قيم ذاتية لمتجه الموجة k، بينما الترددω{\displaystyle \omega }يُعتبر مُعاملًا. [ 62 ] وبالتالي، فإنه يحل علاقة التشتتك(ω){\displaystyle k(\omega )}بدلاً منω(ك){\displaystyle \omega (k)}وهذا ما تفعله طريقة الموجة المستوية. تُمكّن طريقة التشتت العكسي من إيجاد القيمة المركبة لمتجه الموجة، على سبيل المثال في فجوة النطاق، مما يسمح بالتمييز بين البلورات الضوئية والمواد الفائقة. علاوة على ذلك، فإن هذه الطريقة مُهيأة لأخذ تشتت التردد في السماحية بعين الاعتبار.

لتسريع حساب بنية نطاق التردد، يمكن استخدام طريقة توسيع نمط بلوخ المُختزل (RBME) . [ 67 ] تُطبَّق طريقة RBME فوق أيٍّ من طرق التوسيع الأساسية المذكورة أعلاه. بالنسبة لنماذج الخلايا الوحدوية الكبيرة، يمكن لطريقة RBME تقليل وقت حساب بنية النطاق بما يصل إلى مئتي ضعف.

التطبيقات

تُعدّ البلورات الضوئية مواد بصرية جذابة للتحكم في تدفق الضوء ومعالجته. وتُستخدم البلورات الضوئية أحادية البعد على نطاق واسع، في شكل أغشية رقيقة ، ولها تطبيقات تتراوح من الطلاءات ذات الانعكاس المنخفض والعالي على العدسات والمرايا إلى الدهانات والأحبار متغيرة الألوان . [ 68 ] [ 69 ] [ 47 ] أما البلورات الضوئية متعددة الأبعاد ، فتحظى باهتمام كبير في البحوث الأساسية والتطبيقية على حد سواء، وبدأت البلورات ثنائية الأبعاد تجد تطبيقات تجارية.

تتوفر بالفعل أولى المنتجات التجارية التي تستخدم بلورات ضوئية دورية ثنائية الأبعاد على شكل ألياف بلورية ضوئية، والتي تستخدم بنية مجهرية لحصر الضوء بخصائص مختلفة جذريًا عن الألياف الضوئية التقليدية ، وذلك لتطبيقات في الأجهزة غير الخطية وتوجيه الأطوال الموجية غير المألوفة. أما نظائرها ثلاثية الأبعاد، فلا تزال بعيدة عن التسويق التجاري، ولكنها قد توفر ميزات إضافية مثل اللاخطية الضوئية اللازمة لتشغيل الترانزستورات الضوئية المستخدمة في الحواسيب الضوئية ، وذلك عند السيطرة على بعض الجوانب التقنية، مثل سهولة التصنيع، والصعوبات الرئيسية كالاضطراب. [ 70 ]

ساهمت الموجهات الضوئية البلورية ذات البنية الموجية SWG في تطوير أجهزة ضوئية متكاملة جديدة للتحكم في نقل الإشارات الضوئية في الدوائر الضوئية المتكاملة، بما في ذلك موصلات الألياف الضوئية بالرقائق، وموصلات التقاطع الموجية، ومضاعفات الطول الموجي والنمط، والمفاتيح الضوئية فائقة السرعة، والموجهات غير الحرارية، والمستشعرات الكيميائية الحيوية، ودوائر إدارة الاستقطاب، وموصلات التداخل واسعة النطاق، وعدسات الموجهات المستوية، والموجهات غير المتناحية، والهوائيات النانوية، والمصفوفات الضوئية الطورية. [ 19 ] [ 71 ] [ 72 ] تسمح موصلات SWG النانوية الضوئية بربط عالي الكفاءة وغير معتمد على الاستقطاب بين الرقائق الضوئية والأجهزة الخارجية. [ 17 ] وقد تم اعتمادها لربط الألياف الضوئية بالرقائق في تصنيع رقائق الإلكترونيات الضوئية بكميات كبيرة. [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] تعتبر واجهات الربط هذه مهمة بشكل خاص لأن كل شريحة ضوئية تحتاج إلى أن تكون متصلة بصريًا بالعالم الخارجي وتظهر الشرائح نفسها في العديد من التطبيقات الراسخة والناشئة، مثل شبكات الجيل الخامس، ووصلات مراكز البيانات، ووصلات الشريحة بالشريحة، وأنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية لمسافات طويلة، والملاحة في السيارات.

إضافة إلى ما سبق، فقد تم اقتراح البلورات الضوئية كمنصات لتطوير الخلايا الشمسية [ 76 ] والمستشعرات الضوئية [ 77 ] ، بما في ذلك المستشعرات الكيميائية والمستشعرات الحيوية [ 78 ] [ 79 ] .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ برويتي زاكاريا، ريمو (2016). "لون جناح الفراشة: عرض توضيحي باستخدام البلورات الضوئية". البصريات والليزر في الهندسة . 76 : 70-73 . Bibcode : 2016OptLE..76...70P . doi : 10.1016/j.optlaseng.2015.04.008 .
  2. ^ بيرو، ليرة لبنانية. كيرتيش ، ك. فيرتيسي، ض؛ مارك، جي. بالينت، ZS. لوسي، الخامس؛ فيجنيرون، جيه-بي (2007). “البلورات الضوئية الحية: مقاييس الفراشة – البنية النانوية والخصائص البصرية”. علوم وهندسة المواد: ج . 27 ( 5 – 8): 941 – 6. دوى : 10.1016/j.msec.2006.09.043 .
  3. ↑ هوانغ، داي-كوي؛ لي، بيونغ هونغ؛ كيم، داي-هوان (2013). "تحسين كفاءة الخلايا الشمسية الصلبة الحساسة للصبغة باستخدام البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد". RSC Advances . 3 (9): 3017–23 . Bibcode : 2013RSCAd...3.3017H . doi : 10.1039/C2RA22746K .
  4. 1 2 يابلونوفيتش، إيلي (1987). "الانبعاث التلقائي المثبط في فيزياء الحالة الصلبة والإلكترونيات" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 58 (20): 2059-62 . Bibcode : 1987PhRvL..58.2059Y . doi : 10.1103/PhysRevLett.58.2059 . PMID 10034639 . 
  5. 1 2 يابلونوفيتش، إي؛ غميتر، تي؛ ليونغ، ك (1991). "بنية النطاق الفوتوني: حالة المكعب ذي المراكز الوجهية باستخدام ذرات غير كروية" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 67 (17): 2295-2298 . Bibcode : 1991PhRvL..67.2295Y . doi : 10.1103/PhysRevLett.67.2295 . PMID 10044390 . 
  6. ↑ مايوالد، لوكاس؛ سومر، تيمو؛ سيدورينكو، ميخائيل س.؛ يافياسوف، روسلان ر.؛ مصطفى، ميراج إ.؛ شولز، مارفن؛ ريبين، ميخائيل ف.؛ إيش، مانفريد؛ بيتروف، ألكسندر يو. (يناير 2022). "التحكم في انبعاث الضوء في المواد الاصطناعية ذات معامل الانكسار المنخفض المستوحاة من التصميم التبادلي" . مواد بصرية متقدمة . 10 (1) 2100785. doi : 10.1002/adom.202100785 . hdl : 11420/11058 .
  7. ↑ جون، ساجيف (1987). "التمركز القوي للفوتونات في بعض الشبكات الفائقة العازلة غير المنتظمة" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 58 (23): 2486-2489 . Bibcode : 1987PhRvL..58.2486J . doi : 10.1103/PhysRevLett.58.2486 . PMID 10034761 . 
  8. ↑ ليندلي، ديفيد (23-08-2013). "التركيز: معالم بارزة - ميلاد البلورات الضوئية". الفيزياء . 6 : 94. doi : 10.1103/Physics.6.94 .
  9. ↑ رايلي، اللورد (2009). "السادس والعشرون. حول الظاهرة الرائعة للانعكاس البلوري التي وصفها البروفيسور ستوكس" . مجلة لندن وإدنبرة ودبلن الفلسفية ومجلة العلوم . 26 (160): 256-265 . doi : 10.1080/14786448808628259 .
  10. ↑ ميلفين م. وينر، "الأنظمة والمكونات لاستخدام الموجات الكهرومغناطيسية في الوسائط المنفصلة ذات الترتيب الطوري"، براءة اختراع أمريكية رقم 3765773، 16 أكتوبر 1973 (تم تقديمها في 5 أكتوبر 1970).
  11. ↑ تشارلز جالتون داروين، "نظرية انعكاس الأشعة السينية"، مجلة الفلسفة، المجلد 27، الصفحات 315-333، فبراير 1914، الصفحات 675-690، أبريل 1914.
  12. ↑ بايكوف، ف. ب. (1972). "الانبعاث التلقائي في بنية دورية". المجلة السوفيتية للفيزياء التجريبية والنظرية . 35 : 269. Bibcode : 1972JETP...35..269B .
  13. ↑ بيكوف، فلاديمير ب. (1975). "الانبعاث التلقائي من وسط ذي طيف نطاقي". المجلة السوفيتية للإلكترونيات الكمية . 4 (7): 861-871 . Bibcode : 1975QuEle...4..861B . doi : 10.1070/QE1975v004n07ABEH009654 .
  14. ↑ أوتاكا، ك. (1979). "نطاق طاقة الفوتونات وحيود الفوتونات منخفضة الطاقة". مجلة Physical Review B. 19 ( 10): 5057-67 . Bibcode : 1979PhRvB..19.5057O . doi : 10.1103/PhysRevB.19.5057 .
  15. ↑ كراوس، توماس ف.؛ رو، ريتشارد م. دي لا؛ براند، ستيوارت (1996)، "هياكل فجوة النطاق الضوئي ثنائية الأبعاد تعمل عند أطوال موجية قريبة من الأشعة تحت الحمراء" ، مجلة نيتشر ، 383 (6602): 699-702 ، رمز Bibcode : 1996Natur.383..699K ، doi : 10.1038/383699a0
  16. ↑ تشيبين، ب.؛ شو، د.إكس.؛ جانز، س.؛ دينسمور، أ. (2006). "محزز موجي ذو طول موجي فرعي لتحويل الأنماط وربط الضوء في البصريات المتكاملة" . أوبتكس إكسبرس . 14 (11): 4695-5302 . Bibcode : 2006OExpr..14.4695C . doi : 10.1364/OE.14.004695 . PMID 19516625 . 
  17. 1 2 تشيبين، بافيل؛ بوك، برزيميك ج.؛ شميد، ينس هـ.؛ لابوانت، جان؛ جانز، سيغفريد؛ شو، دان-شيا؛ دينسمور، آدم؛ ديلاج، أندريه؛ لامونتاج، بوريس؛ هول، تريفور ج. (1 أغسطس 2010). "هندسة معامل الانكسار باستخدام محززات دون الطول الموجي لمقرنات ضوئية دقيقة فعالة ومضاعفات الموجات المستوية" . رسائل البصريات . 35 (15): 2526-2528 . Bibcode : 2010OptL...35.2526C . doi : 10.1364/ol.35.002526 . PMID 20680046 . 
  18. ↑ "تسليط الضوء على البصريات" . opg.optica.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2022 .
  19. 1 2 تشيبين، بافيل؛ هالير، روبرت؛ شميد، ينس هـ.؛ أتووتر، هاري أ.؛ سميث، ديفيد ر. (أغسطس 2018). "الضوئيات المتكاملة دون الطول الموجي". نيتشر . 560 (7720): 565-572 . Bibcode : 2018Natur.560..565C . doi : 10.1038/s41586-018-0421-7 . PMID 30158604 . 
  20. ↑ عوض، إيهاب (15 فبراير 2021). "طيف براغ ذو الحدبتين القابل لإعادة التشكيل باستخدام دليل موجي ذي نواة محفورة جزئية العرض" . OSA Continuum . 4 (2): 252. doi : 10.1364/OSAC.410802 .
  21. ↑ ساتو، ت.؛ ميورا، ك.؛ إيشينو، ن.؛ أوهتيرا، ي.؛ تامامورا، ت.؛ كاواكامي، س. (2002). "البلورات الضوئية للنطاق المرئي المصنعة بتقنية الاستنساخ الذاتي وتطبيقاتها". الإلكترونيات البصرية والكمية . 34 (1/3): 63-70 . Bibcode : 2002OQEle..34...63S . doi : 10.1023/A:1013382711983 .
  22. 1 2 جينيفر أويليت (2002)، "رؤية المستقبل في البلورات الضوئية" (ملف PDF) ، الفيزيائي الصناعي ، 7 (6): 14-17 ، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 12 أغسطس 2011
  23. مراجعة 1 2 : إس. جونسون (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) المحاضرة 3: تقنيات تصنيع البلورات الضوئية ثلاثية الأبعاد، دراسة استقصائية
  24. ^ أستراتوف، في.ن. بوغومولوف، V. N؛ كابليانسكي، أ. بروكوفييف، أ.ف. سامويلوفيتش، L. A. سامويلوفيتش، S. M؛ فلاسوف، يو. أ (1995). “التحليل الطيفي البصري لمصفوفات العقيق مع أقراص مضغوطة مدمجة في مسامها: الحبس الكمي وتأثيرات فجوة النطاق الضوئية”. إل نوفو سيمينتو د . 17 ( 11– 12): 1349–54 . بيب كود : 1995NCimD..17.1349A . دوى : 10.1007/bf02457208 .
  25. 1 2 بلانكو، ألفارو؛ تشومسكي، إيمانويل؛ جرابتشاك، سيرغي؛ إيبيساتي، مارتا؛ جون ساجيف. ليونارد ، ستيفن دبليو. لوبيز، سيف؛ ميسيجير، فرانسيسكو؛ ميجويز، هرنان؛ مونديا ، جيسيكا ب. أوزين ، جيفري أ ؛ توادر، أوفيديو؛ فان دريل، هنري م (2000). “توليف واسع النطاق لبلورة السيليكون الضوئية مع فجوة نطاق كاملة ثلاثية الأبعاد بالقرب من 1.5 ميكرومتر”. طبيعة . 405 (6785): 437– 40. بيب كود : 2000Natur.405..437B . دوى : 10.1038/35013024 . بميد 10839534 . 
  26. ↑ كينوشيتا، شويتشي (2008). الألوان الهيكلية في عالم الطبيعة . doi : 10.1142/6496 . ISBN 978-981-270-783-3.
  27. ↑ كول، ماتياس (2011). الهياكل الفوتونية المستوحاة من الطبيعة . Bibcode : 2011psin.book.....K . doi : 10.1007/978-3-642-15169-9 . ISBN 978-3-642-15168-2.
  28. ↑ ماكفيدران، روس سي؛ باركر، أندرو آر (2015). "المحاكاة الحيوية: دروس في البصريات من مدرسة الطبيعة". فيزياء اليوم . 68 (6): 32. Bibcode : 2015PhT....68f..32M . doi : 10.1063/PT.3.2816 .
  29. ^ موشيه ، سيباستيان ر. ديباريس ، أوليفييه (2021)، الضوئيات الطبيعية والإلهام الحيوي ( الطبعة الأولى)، Artec House، ISBN  978-163-081-797-8
  30. ↑ غالوشا، جيريمي دبليو؛ ريتشي، لورين آر؛ غاردنر، جون إس؛ تشا، جينيفر إن؛ بارتل، مايكل إتش (2008). "اكتشاف بنية بلورية ضوئية قائمة على الماس في حراشف الخنافس". مجلة Physical Review E. 77 ( 5) 050904. Bibcode : 2008PhRvE..77e0904G . doi : 10.1103/PhysRevE.77.050904 . PMID 18643018 . 
  31. ^ ويلتس، بي.د. ميشيلسن، ك. كويبرز، J؛ دي رايدت، ح؛ ستافينجا، دي جي (2012). "التمويه الرائع: البلورات الضوئية في سوسة الماس، Entimus Imperialis" . وقائع الجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 279 (1738): 2524–30 . دوى : 10.1098/rspb.2011.2651 . بمك 3350696 . بميد 22378806 .  
  32. ↑ ويلتس، ب. د؛ ميشيلسن، ك؛ دي رايدت، هـ؛ ستافينغا، د. ج (2011). " تصوير منطقة بريلوين نصف الكروية لبلورة ضوئية بيولوجية من نوع الماس" . مجلة الجمعية الملكية للعلوم البينية . 9 (72): 1609-1614 . doi : 10.1098/rsif.2011.0730 . PMC 3367810. PMID 22188768 .  
  33. ↑ ويلتس، ب. د؛ ميشيلسن، ك؛ دي رايدت، هـ؛ ستافينغا، د. ج (2011). " التقزح اللوني والترشيح الطيفي للبلورات الفوتونية من نوع الجيرويد في حراشف جناح فراشة باريس سيزوستريس" . مجلة Interface Focus . 2 (5): 681-687 . doi : 10.1098/rsfs.2011.0082 . PMC 3438581. PMID 24098853 .  
  34. ↑ سارانثان، فينودكومار؛ نارايانان، سوريش؛ ساندي، أليك؛ دوفريسن، إريك ر.؛ بروم، ريتشارد أو. (8 يونيو 2021). "تطور البلورات الضوئية أحادية الجيرويد في ريش الطيور" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 118 (23) e2101357118. Bibcode : 2021PNAS..11801357S . doi : 10.1073/pnas.2101357118 . PMC 8201850. PMID 34074782 .  
  35. ↑ أبراروف، إس إم ؛ أبراروف، آر إم (2008). "توسيع فجوة النطاق في البلورات الضوئية ذات الأوساط المشبعة بصريًا". اتصالات البصريات . 281 (11): 3131-3136 . arXiv : 0708.4043 . Bibcode : 2008OptCo.281.3131A . doi : 10.1016/j.optcom.2008.02.016 .
  36. ↑ Cao, Y; Schenk, J. O; Fiddy, M. A (2008). "تأثير غير خطي من الدرجة الثالثة بالقرب من حافة نطاق متدهور". رسائل البصريات والفوتونيات . 1 (1): 1– 7. doi : 10.1142/S1793528808000033 .
  37. ↑ برافدين، ك. ف.؛ بوبوف، إ. يو. (2014). "البلورة الضوئية ذات الطبقات المادية ذات معامل الانكسار السالب" (ملف PDF) . أنظمة النانو: الفيزياء، الكيمياء، الرياضيات . 5 (5): 626-643 .
  38. ↑ سريكانث، كانداماتي فالييافيدو؛ زينغ، شوين؛ شانغ، جينغزي؛ يونغ، كين-تاي؛ يو، تينغ (2012). " إثارة الموجات الكهرومغناطيسية السطحية في محزز براغ قائم على الجرافين" . التقارير العلمية . 2737. Bibcode : 2012NatSR...2..737S . doi : 10.1038/srep00737 . PMC 3471096. PMID 23071901 .  
  39. ↑ حاجيان، ح؛ سلطاني-فالا، أ؛ كالافي، م (2013). "خصائص بنية النطاق والبلازمونات السطحية المدعومة ببلورة ضوئية أحادية البعد من الجرافين والعازل". اتصالات البصريات . 292 : 149-157 . Bibcode : 2013OptCo.292..149H . doi : 10.1016/j.optcom.2012.12.002 .
  40. ^ باتيرنو، جوزيبي ماريا؛ موسكاردي، ليليانا؛ دونيني، ستيفانو؛ أريودانتي، دافيد؛ كريجل، إيلكا؛ زاني، ماوريتسيو؛ باريسيني، إميليو؛ سكوتونيا، فرانشيسكو؛ لانزاني ، جوجليلمو (2019-08-13). “بلورات بلازمونية فوتونية هجينة أحادية البعد للكشف البصري عن الملوثات البكتيرية”. مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 10 (17): 4980– 4986. أرخايف : 1905.02251 . بيب كود : 2019JPCL...10.4980P . دوى : 10.1021/acs.jpclett.9b01612 . بميد 31407906 . 
  41. ^ لوفا، باولا؛ مانفريدي، جيوفاني؛ باستيانيني، كيارا؛ مينوتشي، كارلو؛ بواتييه دي مونجو، فرانشيسكو؛ سيرفيدا، ألبرتو؛ كوموريتو، دافيد (8 مايو 2019). “أجهزة الاستشعار الضوئية Flory – Huggins للتقييم البصري لمعاملات الانتشار الجزيئي في البوليمرات”. المواد والواجهات التطبيقية لـ ACS . 11 (18): 16872– 16880. بيب كود : 2019AAMI...1116872L . دوى : 10.1021/acsami.9b03946 . اتش دي ال : 11567/944562 . بميد 30990014 . 
  42. ↑ غاو، شواي؛ تانغ، شياوفينغ؛ لانغنر، ستيفان؛ أوسفيت، أندريس؛ هاريس، كريستينا؛ بار، مايسا ك.س.؛ سبيكر، إردمان؛ باخمان، جوليان؛ برابيك، كريستوف ج.؛ فوربريش، كارين (24 أكتوبر 2018). "تحليل زمني للمرايا العازلة لاستشعار البخار". مجلة ACS للمواد والتطبيقات . 10 (42): 36398-36406 . Bibcode : 2018AAMI...1036398G . doi : 10.1021/acsami.8b11434 . PMID: 30264555 . 
  43. 1 2 زينغ، مينشيانغ؛ كينغ، دانيال؛ هوانغ، دالي؛ دو، تشانغوو؛ وانغ، لينغ؛ تشين، مينغفنغ؛ لي، شيجون؛ لين، بينغتشنغ؛ تشين، يينغ؛ تشنغ، تشنغدونغ (10-09-2019). "التقزح اللوني في البلورات السائلة النيماتية: بلورات سائلة ضوئية من صفائح نانوية في غياب الدورية طويلة المدى" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 116 (37): 18322-18327 . Bibcode : 2019PNAS..11618322Z . doi : 10.1073/pnas.1906511116 . PMC 6744873. PMID 31444300 .  
  44. ↑ حسين، د. جبربرهان، م؛ جوانوبولوس ، ج.د. ليدل، سم (2010). “تباين الأشكال الخافتة: مقاربة غروانية غير كروية لفجوات النطاق الضوئية متعددة الاتجاهات”. لانجميور . 26 (3): 2151–9 . دوى : 10.1021 / la902609s . بميد 19863061 . 
  45. ↑ حسين، إيان د؛ لي، ستيفاني هـ؛ ليدل، تشيكيشا م (2010). "بلورات ضوئية ثلاثية الأبعاد قائمة على ثنائيات الوحدات". مواد وظيفية متقدمة . 20 (18): 3085-91 . Bibcode : 2010AdvFM..20.3085H . doi : 10.1002/adfm.201000134 .
  46. ↑ حسين، إيان د؛ جون، بيتينا س؛ لي، ستيفاني هـ؛ إسكوبيدو، فرناندو أ؛ ليدل، تشيكيشا م (2009). "أغشية دوارة وبلورية عبر التجميع الذاتي لثنائيات غروانية ذات روابط قصيرة". مجلة كيمياء المواد 19 ( 3): 344-349 . doi : 10.1039/B818613H .
  47. 1 2 فاسانثا، فيفيك أرجونان؛ روسلي، ويندي؛ جونهوي، تشن؛ ونجوانج، تشاو؛ سريكانث، كانداماثي فاليافيدو؛ سينغ، رانجان. بارثيبان ، أنباناندام (2019-08-29). "جزيئات البوليمر غير الكروية عالية التشتت أحادية التشتت مع التقزح اللوني القابل للضبط" . تقدم RSC . 9 (47): 27199– 27207. بيب كود : 2019RSCAd...927199V . دوى : 10.1039/C9RA05162G . بمك 9070653 . بميد 35529225 .  
  48. ↑ "الحوسبة الضوئية تحصل على دفعة قوية" . www.gizmag.com . 2013-09-17.
  49. ↑ تيرنر، مارك د؛ سابا، ماتياس؛ تشانغ، كيمينغ؛ كامينغ، بنجامين ب؛ شرودر-تورك، جيرد إي؛ غو، مين (2013). "مقسم حزمة ضوئية حلزوني مصغر قائم على بلورات ضوئية جيرويدية". مجلة نيتشر فوتونيكس . 7 (10): 801. Bibcode : 2013NaPho...7..801T . doi : 10.1038/nphoton.2013.233 .
  50. 1 2 3 جون د. جوانوبولوس؛ جونسون إس جي؛ وين جيه إن؛ ميد آر دي (2008)، البلورات الضوئية: تشكيل تدفق الضوء (الطبعة الثانية )، مطبعة جامعة برينستون، رمز Bibcode : 2008pcmf.book.....J ، ISBN  978-0-691-12456-8
  51. ↑ بوبوف، إي (1993). II حيود الضوء بواسطة محززات الانعكاس: نظرة ماكروسكوبية وميكروسكوبية . التقدم في البصريات. المجلد 31. الصفحات 139-187 . Bibcode : 1993PrOpt..31..139P . doi : 10.1016/S0079-6638(08)70109-4 . ISBN   978-0-444-89836-4.
  52. ↑ فوجيتا، ت؛ ساتو، ي؛ كويتاني، ت؛ إيشيهارا، ت (1998). "امتصاص البولاريتون القابل للضبط في تجاويف التغذية الراجعة الموزعة عند درجة حرارة الغرفة". مجلة فيزيكال ريفيو بي . 57 (19): 12428-12434 . رمز Bibcode : 1998PhRvB..5712428F . doi : 10.1103/PhysRevB.57.12428 .
  53. ↑ بينتر، أو؛ لي، ر. ك؛ شيرر، أ؛ ياريف، أ؛ أوبراين، ج. د؛ دابكوس، ب. د؛ كيم، إ (1999). "ليزر نمط عيب فجوة النطاق الفوتوني ثنائي الأبعاد". مجلة ساينس . 284 (5421): 1819-1821 . doi : 10.1126/science.284.5421.1819 . PMID 10364550 . 
  54. ↑ نودا، س؛ تشوتينان، أ؛ إيمادا، م (2000). "احتجاز وانبعاث الفوتونات بواسطة عيب واحد في بنية فجوة النطاق الفوتوني". نيتشر . 407 (1): 608-610 . Bibcode : 2000Natur.407..608N . doi : 10.1038/35036532 . PMID 11034204 . 
  55. ↑ تانابي، ت؛ نوتومي، م؛ كوراموتشي، إ؛ شينيا، أ؛ تانياما، هـ (2007). "حصر وتأخير الفوتونات لمدة نانوثانية واحدة في تجويف نانوي بلوري ضوئي فائق الصغر وعالي الجودة". مجلة نيتشر فوتونيكس . 1 (1): 49-52 . Bibcode : 2007NaPho...1...49T . doi : 10.1038/nphoton.2006.51 .
  56. ↑ تشي، م؛ ليدوريكيس، إ؛ راكيتش، ب. ت؛ جونسون، س. ج؛ إيبن، إ. ب؛ سميث، هـ. إ (2004). "بلورة ضوئية بصرية ثلاثية الأبعاد ذات عيوب نقطية مصممة". نيتشر . 429 (1): 538-542 . Bibcode : 2004Natur.429..538Q . doi : 10.1038/nature02575 . PMID 15175746 . 
  57. ↑ رين، س. أ؛ غارسيا-سانتاماريا، ف؛ براون، ب. ف (2008). "التجاويف والموجهات المدمجة في بلورات السيليكون الضوئية ثلاثية الأبعاد". مجلة نيتشر فوتونيكس . 2 (1): 52-56 . رمز Bibcode : 2008NaPho...2...52R . doi : 10.1038/nphoton.2007.252 .
  58. ↑ آوكي، ك؛ غيمارد، د؛ نيشيوكا، م؛ نومورا، م؛ إيواموتو، س؛ أراكاوا، ي (2008). "اقتران انبعاث الضوء من النقاط الكمومية مع تجويف نانوي ثلاثي الأبعاد من البلورات الضوئية". مجلة نيتشر فوتونيكس . 2 (1): 688-692 . Bibcode : 2008NaPho...2..688A . doi : 10.1038/nphoton.2008.202 .
  59. ↑ وون، ر. (2014). "رنانات نانوية متنقلة عالية الجودة" . مجلة نيتشر فوتونيكس . 8 (1): 351. رمز Bibcode : 2014NaPho...8..351W . doi : 10.1038/nphoton.2014.103 .
  60. ↑ بيرووسوتو، م. د؛ يوكو، أ؛ تشانغ، ج؛ تاتينو، ك؛ كوراموتشي، إ؛ تانياما، هـ؛ نوتومي، م (2014). "رنانات نانوية متحركة عالية الجودة مُصنّعة بواسطة أسلاك نانوية شبه موصلة على منصة بلورية ضوئية من السيليكون". مجلة نيتشر ماتيريالز . 13 (1): 279-285 . arXiv : 1403.4237 . Bibcode : 2014NatMa..13..279B . doi : 10.1038/nmat3873 . PMID : 24553654 . 
  61. ↑ أنج، أنجيلين س؛ سوخوف، سيرجي ف؛ دوغاريو، أريستيد؛ شالين، ألكسندر س (2017). " قوى التشتت داخل بلورة ضوئية يسارية" . التقارير العلمية . 7 41014. Bibcode : 2017NatSR...741014A . doi : 10.1038/srep41014 . PMC 5253622. PMID 28112217 .  
  62. 1 2 ريبين، ميخائيل؛ ليمونوف، ميخائيل (2016). "طريقة التشتت العكسي لحساب مخطط نطاق الفوتون المعقد وتناظر PT". مجلة Physical Review B. 93 ( 16) 165132. arXiv : 1707.02870 . Bibcode : 2016PhRvB..93p5132R . doi : 10.1103/PhysRevB.93.165132 .
  63. ↑ أورديخون، بابلو (1998). "طرق الربط المحكم من الرتبة N للبنية الإلكترونية وديناميكيات الجزيئات". علوم المواد الحاسوبية . 12 (3): 157-191 . doi : 10.1016/S0927-0256(98)00027-5 .
  64. ↑ ريتشارد إم مارتن، طرق القياس الخطي من الرتبة N في نظرية البنية الإلكترونية
  65. ↑ ساكودا، كازواكي (2001). الخصائص البصرية للبلورات الفوتونية . سلسلة سبرينغر في العلوم البصرية. المجلد 80. doi : 10.1007/978-3-662-14324-7 . ISBN  978-3-662-14326-1.
  66. 1 2 جونسون، ستيفن ج .؛ جوانوبولوس، ج. د. (2001). "طرق التكرار الكتلي في مجال التردد لمعادلات ماكسويل في أساس الموجة المستوية" . أوبتكس إكسبرس . 8 (3): 173-190 . Bibcode : 2001OExpr...8..173J . doi : 10.1364/OE.8.000173 . PMID 19417802 . 
  67. ↑ حسين، م. إ. (2009). "توسيع نمط بلوخ المُختزل لحسابات بنية نطاق الوسائط الدورية". وقائع الجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 465 (2109): 2825-2848 . arXiv : 0807.2612 . Bibcode : 2009RSPSA.465.2825H . doi : 10.1098/rspa.2008.0471 . JSTOR 30243411 . 
  68. ↑ لي، هاي سو؛ شيم، تاي سوب؛ هوانغ، هيريم؛ يانغ، سيونغ مان؛ كيم، شين هيون (9 يوليو 2013). "البلورات الضوئية الغروية نحو لوحات ألوان هيكلية لمواد الأمن" . كيمياء المواد . 25 (13): 2684-2690 . doi : 10.1021/cm4012603 .
  69. ↑ كيم، جونغ بين؛ لي، سيونغ يول؛ لي، جونغ مين؛ كيم، شين هيون (24 أبريل 2019). "تصميم أنماط لونية هيكلية مكونة من مصفوفات غروانية". مجلة ACS للمواد والتطبيقات . 11 (16): 14485-14509 . Bibcode : 2019AAMI...1114485K . doi : 10.1021/acsami.8b21276 . PMID: 30943000 . 
  70. ↑ نيلسون، إريك سي؛ دياس، نيفيل إل؛ باسيت، كيفن بي؛ دونهام، سيمون إن؛ فيرما، فارون؛ مياكي، ماساو؛ ويلتزيوس، بيير؛ روجرز، جون إيه؛ كولمان، جيمس جيه؛ لي، شيولينغ؛ براون، بول في. (سبتمبر 2011). "النمو المتناحي للأجهزة الكهروضوئية ثلاثية الأبعاد". مجلة نيتشر ماتيريالز . 10 (9): 676-681 . Bibcode : 2011NatMa..10..676N . doi : 10.1038/nmat3071 . PMID 21785415 . 
  71. ↑ هالير، روبرت؛ أورتيغا-مونكس، أليخاندرو؛ بينيديكوفيتش، دانيال؛ ماشانوفيتش، غوران ز.؛ وانغيميرت-بيريز، ج. غونزالو؛ شميد، ينس هـ.؛ مولينا-فرنانديز، إينيغو؛ تشيبين، بافيل (2018). "هياكل المواد الفائقة ذات محززات دون الطول الموجي لأجهزة الفوتونيات السيليكونية" . وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 106 (12): 2144-2157 . doi : 10.1109/JPROC.2018.2851614 . hdl : 10668/18978 .
  72. ^ لوكي غونزاليس، خوسيه مانويل. سانشيز بوستيجو، أليخاندرو؛ هاديج الحواتي، عبد الفتاح؛ أورتيجا مونيوكس، أليخاندرو؛ وانجوميرت-بيريز، ج. جونزالو؛ شميد، ينس H .؛ تشيبين، بافل؛ مولينا فرنانديز، إنييجو؛ هالير ، روبرت (2021-08-26). "مراجعة لشبكات الطول الموجي للسيليكون: بناء أجهزة اختراق باستخدام مواد متباينة الخواص" . الضوئيات النانوية . 10 (11): 2765– 2797. بيب كود : 2021Nanop..10..110L . دوى : 10.1515/نانوف-2021-0110 . hdl : 10630/34171 .
  73. ↑ بارويتش، تيمون؛ بينغ، بو؛ ليدي، روبرت؛ جانتا-بولتشينسكي، ألكسندر؛ هوتون، توماس؛ خاطر، مروان؛ كاملابوركار، سويثا؛ إنجلمان، سيباستيان؛ فورتييه، بول؛ بوير، نيكولاس؛ غرين، ويليام إم جيه (2019). "واجهات المواد الفائقة المتكاملة للربط الذاتي بين الألياف والرقاقة في التصنيع الكمي". مجلة IEEE للمواضيع المختارة في الإلكترونيات الكمومية . 25 (3): 1-13 . Bibcode : 2019IJSTQ..2579018B . doi : 10.1109/JSTQE.2018.2879018 .
  74. ^ جيوونت، كين؛ هو، شورين؛ بنغ، بو؛ راكوفسكي، ميشال. راوخ، ستيوارت. روزنبرغ، جيسي C.؛ شاهين، أسلي؛ ستوبرت، إيان؛ ستريكر، آندي؛ نومي، كارين؛ أندرسون، فريدريك أ. أيالا، خافيير؛ بارويتش، تيمون؛ بيان، يوشينغ. دزفوليان، كيفن ك. (2019). “تقنية مسبك الضوئيات السيليكونية المتجانسة بقطر 300 مم”. مجلة IEEE لموضوعات مختارة في الإلكترونيات الكمومية . 25 (5): 1– 11. بيب كود : 2019IJSTQ..2508790G . دوى : 10.1109/JSTQE.2019.2908790 .
  75. ↑ فاولر، ديفيد؛ غروس، فيليب؛ غايس، فابيان؛ سزيلاغ، برتراند؛ بودو، شارل؛ فوييه، ناتالي؛ بلانشو، جوناثان؛ بوف، فريدريك (2019). "تطوير موصلات محززات الألياف لمجموعات تصميم عمليات الفوتونيات السيليكونية في CEA-LETI". في: لي، إل-هانغ؛ هي، سايلينغ (محرران). الدوائر المتكاملة الضوئية والإلكترونية الضوئية الذكية XXI . ص 4. doi : 10.1117/12.2511845 . ISBN  978-1-5106-2486-3.
  76. ↑ ليو، وي؛ ما، هايلينغ؛ والش، أنيكا (ديسمبر 2019). "التقدم في الخلايا الشمسية البلورية الضوئية". مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 116 109436. Bibcode : 2019RSERv.11609436L . doi : 10.1016/j.rser.2019.109436 .
  77. ^ ناير ، راجيش. فيجايا ، راماراو (مايو 2010). “أجهزة الاستشعار البلورية الضوئية: نظرة عامة”. التقدم في الالكترونيات الكمومية . 34 (3): 89– 134. بيب كود : 2010PQE....34...89N . دوى : 10.1016/j.pquantelec.2010.01.001 .
  78. ↑ فينزل، سي؛ هيرش، تي؛ وولفبيس، أو إس (2014). "البلورات الضوئية للاستشعار الكيميائي والاستشعار الحيوي". Angewandte Chemie International Edition . 53 (13). وايلي - VCH: 3318–3335 . Bibcode : 2014ACIE...53.3318F . doi : 10.1002/anie.201307828 . PMID 24473976 . 
  79. ↑ ديفيا، ج؛ سالفيندران، س؛ سيفانثا راجا، أ (2019). "مستشعر حيوي بصري قائم على البلورات الضوئية: دراسة موجزة". فيزياء الليزر . 28 (6). IOP Science / Astro Ltd.: 066206. doi : 10.1088/1555-6611/aab7d2 .