photonic crystal

定義：由不同折射率的介質周期性排列而構成的人造微結構透光體。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。

學科：光學_光學材料

相關名詞：膠體 激光刻蝕 超材料 負折射率

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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造力，許多蝴蝶翅膀和甲殼蟲背部閃爍的彩光，其實就是各種天然的、并不完美的光子晶體造成的。富有想象力的科學家便從中獲得啟發，將光子晶體制造出來，實現了對光的定向調控，從而創造出了前所未有的光學現象。

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構；

2.機械微加工或激光刻蝕調制規整周期性結構；

3.模板轉印法復制（如蝴蝶翅膀、孔雀羽毛等）天然光子晶體結構。根據晶體尺寸的不同，可以控制的光波的頻率也不同，以應用于不同場合。

以偏振分光鏡為例，它是光學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。科學家受到螺旋形蝴蝶翅膀微結構的啟發設計了相似的結構，再利用三維激光納米技術構筑了可以同時分割左、右圓形偏振光的光子晶體材料，相當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。這種結構的光子晶體有望在光通信、影像學、計算機信息處理技術和傳感中發揮重要作用。

當然，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性。近年來，先后有利用光子晶體制造“隱身斗篷”的報道，科幻電影中的神器真的實現了。隱身材料是近年來備受關注的超材料課題，也是迄今為止超材料技術中最具有軍事應用價值和廣泛應用前景的前沿技術。目前的研究技術，大多是利用光子晶體、負折射率材料或光量子材料相結合，制造出柔性薄膜，它可以引導光波彎曲轉向，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，光子晶體超材料實現隱身與傳統的隱身技術不同，在光子晶體的設計制造過程中，可以通過調整晶體的晶格常數改變晶體的特征波段，那么將來人們不僅僅可以操控光波，甚至可以引導聲波、磁場、觸覺等，實現真正意義上的隱身，在各類衛星、導彈、飛機、艦艇和車輛等方面有巨大應用潛力，對未來武器裝備發展和軍事作戰技術產生革命性的影響。

（延伸閱讀作者：上海第二工業大學副教授 陳誠）

責任編輯：張鵬輝