بلورهای_فوتونیکی
تاریخچه بلورهای فوتونیکی
اگرچه از سال ۱۸۸۷ مطالعه بر روی فوتونیک کریستال‌ها شروع شده بود اما لفظ فوتونیک کریستال برای اولین بار صد سال بعد از آن یعنی در ۱۹۸۷ توسط الی یابلونوویچ و ساجیو جان وقتی دو مقاله مهم در تاریخ فوتونیک، در مورد فوتونیک کریستال منتشر کردند مورد استفاده قرار گرفت. قبل از ۱۹۸۷ فوتونیک کریستال‌های یک بعدی به صورت توده‌های یک بعدی تناوبی چندلایه‌ای مانند آینه‌های براگ به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته بودند. لرد ریلی مطالعات خود را در ۱۸۸۷ با نشان دادن این که این ساختارها دارای یک شکاف باند یک بعدی هستند استارت زد یک محدوده طیفی از بازتابندگی بالا که به عنوان باند توقف شناخته می‌شد. امروزه اینچنین باندهایی در موارد مختلف کاربرد پیدا کرده‌اند. از لایه نشانی‌های با بازتابندگی‌های بالا برای افزایش بازدهی دیودها تا آینه‌هایی با بازتابندگی بالا در کاواک‌های لیزر. به عنوان مثال ویسل یک مطالعهٔ دقیق نظری در مورد فوتونیک کریستال‌ها توسط ولادیمیر بایکوف کسی که تأثیر شکاف باند را در مورد گسیل خود به خودی اتم‌ها و مولکول‌ها مطالعه کرد، انجام گرفته‌است. بایکوف همچنین به این فکر می‌کرد که چه اتفاقی ممکن است در صورت استفاده از ساختارهای دو و سه بعدی متناوب بیفتد. با این وجود مفهوم فوتونیک کریستال‌های سه بعدی در ۱۹۷۹ توسط اوتاکا کسی که یک روش برای محاسبه فوتونیک بند گپ پیشنهاد داد مورد بررسی قرار گرفت. با وجود این این ایده‌ها تا موقع انتشار مقاله یابلونوویچ و جان اوج نگرفتند. هر دوی آن مقاله‌ها با فوتونیک کریستال‌هایی با ابعاد بالا در گیر بودند. انگیزه اصلی یابلونوویچ مهندسی کردن چگالی حالت‌های فوتونیکی بود برای کنترل کردن گسیل خود به خودی در درون فوتونیک کریستال‌ها. ایدهٔ جان استفاده از فوتونیک کریستال‌ها برای تأثیر گذاشتن روی حرکت فوتون‌ها و گیر انداختن آن‌ها بود. بعد از ۱۹۸۷ تعداد مقالات تحقیقاتی در مورد فوتونیک کریستال رشد بسیار زیادی کرد. با وجود این سختی‌های موجود بر سر راه ساخت فوتونیک کریستال‌ها باعث شده‌است که مطالعات بیشتر در زمینهٔ تئوری باشد یا به صورت عملی فقط محدود به رژیم میکرومتر باشد. فوتونیک کریستال‌ها به آسانی می‌توانند در ابعاد سانتی‌متری ساخته شوند. در سال ۱۹۹۱ یابلونوویچ اولین بند گپ سه بعدی فوتونیک کریستال را نشان داد. که در رژیم میکرومتر کار می‌کرد. ساختاری که یابلونویچ موفق به ساخت آن شده بود در واقع تعدادی آرایهٔ سوراخکاری شده در درون محیطی شفاف بود. که سوراخ‌های هر لایه ساختاری عکس الماسی به وجود آورده بودند. که امروزه به یابلونوویت مشهورند. در ۱۹۹۶ توماس کراوس اولین ساختار فوتونیک کریستال دو بعدی در محدوده نور مرئی را ارائه داد. این راهی جدید برای فوتونیک کریستال‌ها باز کرد تا بتوانند از مواد نیم‌رسانا در ساخت استفاده کنند همانند استفاده از آن‌ها در صنعت نیم رساناها. امروزه این تکنیک‌ها از تیغه‌های فوتونیک کریستالی استفاده می‌کنند. این تیغه‌ها در واقع فوتونیک کریستال‌های دوبعدی هستند که بر روی تیغه‌هایی از نیمه رسانا چاپ شده‌اند. بازتابش کلی باعث محبوس شدن نور در درون تیغه می‌شود. و اجازه می‌دهد تا آثار فوتونیک کریستالی مانند مهندسی پراش فوتونیکی در درون تیغه به وقوع بپیوندد. در سرتاسر دنیا تحقیقات برای بکارگیری فوتونیک کریستال‌ها در مدارات کامپیوتری در حال انجام است. برای بهبود بخشیدن به تجزیه و تحلیل مخابرات اپتیکی درون تراشه‌‌ها و همچنین مابین آنها. اگرچه این کاربردها به عنوان یک کاربرد تجاری به حساب می‌آیند اما در حد بسیار وسیعی فوتونیک کریستال‌های دوبعدی به شکل فیبرهای فوتونیک کریستالی کاربرد تجاری پیدا کرده‌اند. این فیبرها به فیبرهای سوراخ دار نیز معروف هستند. چون در واقع هواست که در بین آن‌ها جریان دارد. فیبرهای فوتونیک کریستالی برای اولین بار توسط فیلیپ راشل در ۱۹۹۸ ساخته شدند. این فیبرها مزیت‌های زیادی نسبت به فیبرهای اپتیکی دارند. مطالعه بر روی فوتونیک کریستال‌های سه بعدی با سرعت بسیار پایین‌تری نسبت به فوتونیک کریستال‌های دو بعدی در حال پیشرفت بود. این به خاطر وجود مشکلات پرشمار در ساخت این نوع از فوتونیک کریستال‌ها به وجود آمد. فوتونیک کریستال‌های سه بعدی هیچ سادگی را از صنعت نیم‌رسانا به ارث نبرده بودند در سادگی ساخت و روش‌های تولید. تلاش‌هایی در این زمینه برای تطابق در بعضی موارد انجام گرفته‌است. مانند ساختار توده چوبی که بر اساس یک ساختار لایه-به-لایه ساخته شده‌است. دسته دیگری از تلاش‌ها برای ساخت فوتونیک کریستال‌های سه بعدی در زمینه کریستال‌های خود ساخته‌است. اساس کار این روش تولید غوطه ورسازی نوعی کره‌های دی‌الکتریک نانومتری در درون محلولی با ساختار تناوبی سه بعدی که دارای یک شکاف باند است است. اولین نمونه مشاهده شده در این کار در سال ۲۰۰۰ در دانشگاه تورنتو کانادا انجام شد. فیلد جدید موجود برای درک بهتر این ساختارها مطالعه بر روی موجودات زنده بود که در سال ۲۰۰۶ محققان را به یک فوتونیک کریستال طبیعی در ابعاد سوسک برزیلی رهنمون کرد.