photonic crystal

定義：由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而構(gòu)成的人造微結(jié)構(gòu)透光體。其空間排列的周期接近于波長尺度，并具有可以透過某些波長的光子而阻止另一些波長光子透過的光子帶隙特性。

學(xué)科：光學(xué)_光學(xué)材料

相關(guān)名詞：膠體 激光刻蝕 超材料 負(fù)折射率

【延伸閱讀】

自古以來，人們就對光充滿了好奇，更是對光的控制不斷探索。大自然本身具有無窮的創(chuàng)造力，許多蝴蝶翅膀和甲殼蟲背部閃爍的彩光，其實(shí)就是各種天然的、并不完美的光子晶體造成的。富有想象力的科學(xué)家便從中獲得啟發(fā)，將光子晶體制造出來，實(shí)現(xiàn)了對光的定向調(diào)控，從而創(chuàng)造出了前所未有的光學(xué)現(xiàn)象。

目前制造光子晶體的方法可分為：

1.膠體自組裝或逐層堆疊方式形成有序周期性結(jié)構(gòu)；

2.機(jī)械微加工或激光刻蝕調(diào)制規(guī)整周期性結(jié)構(gòu)；

3.模板轉(zhuǎn)印法復(fù)制（如蝴蝶翅膀、孔雀羽毛等）天然光子晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)晶體尺寸的不同，可以控制的光波的頻率也不同，以應(yīng)用于不同場合。

以偏振分光鏡為例，它是光學(xué)鏡頭和顯微成像的必需品，可以過濾多余光線的干擾，使儀器得到精密的圖像。天然晶體只適用于線性偏振光，不能用于圓形偏振光?？茖W(xué)家受到螺旋形蝴蝶翅膀微結(jié)構(gòu)的啟發(fā)設(shè)計(jì)了相似的結(jié)構(gòu)，再利用三維激光納米技術(shù)構(gòu)筑了可以同時分割左、右圓形偏振光的光子晶體材料，相當(dāng)于一個微型偏振分光鏡，將光偏分左右，做到了普通晶體不可能做到的事情。這種結(jié)構(gòu)的光子晶體有望在光通信、影像學(xué)、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)和傳感中發(fā)揮重要作用。

當(dāng)然，科研人員并不會滿足于只讓光改變方向，如何讓光彎曲則更有挑戰(zhàn)性。近年來，先后有利用光子晶體制造“隱身斗篷”的報(bào)道，科幻電影中的神器真的實(shí)現(xiàn)了。隱身材料是近年來備受關(guān)注的超材料課題，也是迄今為止超材料技術(shù)中最具有軍事應(yīng)用價值和廣泛應(yīng)用前景的前沿技術(shù)。目前的研究技術(shù)，大多是利用光子晶體、負(fù)折射率材料或光量子材料相結(jié)合，制造出柔性薄膜，它可以引導(dǎo)光波彎曲轉(zhuǎn)向，繞過薄膜遮蓋的地方傳播，使得肉眼或儀器都無法察覺有物體被隱藏。

值得說明的是，光子晶體超材料實(shí)現(xiàn)隱身與傳統(tǒng)的隱身技術(shù)不同，在光子晶體的設(shè)計(jì)制造過程中，可以通過調(diào)整晶體的晶格常數(shù)改變晶體的特征波段，那么將來人們不僅僅可以操控光波，甚至可以引導(dǎo)聲波、磁場、觸覺等，實(shí)現(xiàn)真正意義上的隱身，在各類衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦艇和車輛等方面有巨大應(yīng)用潛力，對未來武器裝備發(fā)展和軍事作戰(zhàn)技術(shù)產(chǎn)生革命性的影響。

（延伸閱讀作者：上海第二工業(yè)大學(xué)副教授 陳誠）

責(zé)任編輯：張鵬輝