科技名词

光子晶体

photonic crystal

定义：由不同折射率的介质周期性排列而构成的人造微结构透光体。其空间排列的周期接近于波长尺度，并具有可以透过某些波长的光子而阻止另一些波长光子透过的光子带隙特性。

学科：光学_光学材料

相关名词：胶体 激光刻蚀 超材料 负折射率

【延伸阅读】

自古以来，人们就对光充满了好奇，更是对光的控制不断探索。大自然本身具有无穷的创造力，许多蝴蝶翅膀和甲壳虫背部闪烁的彩光，其实就是各种天然的、并不完美的光子晶体造成的。富有想象力的科学家便从中获得启发，将光子晶体制造出来，实现了对光的定向调控，从而创造出了前所未有的光学现象。

目前制造光子晶体的方法可分为：

1.胶体自组装或逐层堆叠方式形成有序周期性结构；

2.机械微加工或激光刻蚀调制规整周期性结构；

3.模板转印法复制（如蝴蝶翅膀、孔雀羽毛等）天然光子晶体结构。根据晶体尺寸的不同，可以控制的光波的频率也不同，以应用于不同场合。

以偏振分光镜为例，它是光学镜头和显微成像的必需品，可以过滤多余光线的干扰，使仪器得到精密的图像。天然晶体只适用于线性偏振光，不能用于圆形偏振光。科学家受到螺旋形蝴蝶翅膀微结构的启发设计了相似的结构，再利用三维激光纳米技术构筑了可以同时分割左、右圆形偏振光的光子晶体材料，相当于一个微型偏振分光镜，将光偏分左右，做到了普通晶体不可能做到的事情。这种结构的光子晶体有望在光通信、影像学、计算机信息处理技术和传感中发挥重要作用。

当然，科研人员并不会满足于只让光改变方向，如何让光弯曲则更有挑战性。近年来，先后有利用光子晶体制造“隐身斗篷”的报道，科幻电影中的神器真的实现了。隐身材料是近年来备受关注的超材料课题，也是迄今为止超材料技术中最具有军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术。目前的研究技术，大多是利用光子晶体、负折射率材料或光量子材料相结合，制造出柔性薄膜，它可以引导光波弯曲转向，绕过薄膜遮盖的地方传播，使得肉眼或仪器都无法察觉有物体被隐藏。

值得说明的是，光子晶体超材料实现隐身与传统的隐身技术不同，在光子晶体的设计制造过程中，可以通过调整晶体的晶格常数改变晶体的特征波段，那么将来人们不仅仅可以操控光波，甚至可以引导声波、磁场、触觉等，实现真正意义上的隐身，在各类卫星、导弹、飞机、舰艇和车辆等方面有巨大应用潜力，对未来武器装备发展和军事作战技术产生革命性的影响。

（延伸阅读作者：上海第二工业大学副教授 陈诚）