Photonischer Kristall

Photonische Kristalle sind periodische dielektische Strukturen, deren Periodenlänge so eingestellt wurde, daß sie die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in ähnlicher Weise beeinflussen wie das periodische Potential in Halbleiterkristallen die Ausbreitung von Elektronen. Sie zeigen daher einzigartige optische Eigenschaften, wie z.B. Bragg-Reflexion von sichtbarem Licht.

Insbesondere entsteht analog zur Ausbildung der elektronischen Bandstruktur eine photonische Bandstruktur, die Bereiche verbotener Energie, in denen sich elektromagnetische Wellen nicht innerhalb des Kristalls ausbreiten können (photonische Bandlücken, PBG = englisch: photonic bandgap). Photonische Kristalle können also in gewisser Weise als das optische Analogon zu elektronischen Halbleitern, also als "optische Halbleiter" angesehen werden.

Daher setzt man große Hoffnung in die Nutzung ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften, insbesondere in der Telekommunikation. Man kann mit Hilfe von photonischen Krsitallen beispielsweise Wellenleiter mit kleinen Kurvenradien (im Mikrometerbereich) bei geringen Verlusten, extrem schmalbandige optische Filter, Multiplexer und verschiedene andere neuartige optoelektronische Bauelemente realisieren.

Photonische Kristalle wurden zuerst 1972 von Bykov beschrieben (V.P. Bykov, "Spontaneous emission in a periodic structure", Sov. Phys. JETP 35 269 (1972)) und Ende der 1980er Jahre von E. Yablonovich und S. John mit ihren optischen Eigenschaften theoretisch berechnet. Seit dieser Zeit hat die Forschungsaktivität in diesem Bereich stetig zugenommen und photonische Kristalle sind zu einem aktiven Forschungsgebiet geworden.