太赫兹科学技术的新发展

能器件中可能会有重要的贡献。

光子晶体是折射率在空间周期性变化，存在一定光学能带间隙的介质结构，具有一定的光学禁带和通带，对于某些波长是不能透射过。光子晶体的折射率在空间排列的周期是波长量级。光子晶体的材料对工作波段的光的吸收很小。

虽然光子晶体的理论基础是建立在Maxwell方程基础上，而半导体的理论基础是建立在Schrodinger方程基础上的，它们分别属于电动力学和量子力学的范畴。但是可以证明：在光子晶体的条件下，由Maxwell方程和Schrodinger方程，可以得到相同的结果。

如果比较薛定谔方程和波动方程：

(薛定谔方程)
(波动方程)

以下两式如果成立：

则由薛定谔方程和波动方程可得到相同的结果。

由于光子晶体折射率的排列与晶体中原子的排列类似，都具有周期性，分析时都可以引入布洛赫波函数，因而可以得出：当光子晶体中折射率周期为波长量级时可以出现与固体能带理论中的禁带相类似的光学禁带。

从发展历史上来看，光子晶体的研究是源自于对光子的两个基本现象的研究（1987年同一期PRL上发表的2篇文章）。

Localization  of  Light
S.John，Phys.Rev.lett.58，2486（1987）.
Inhibition of Spontaneous Emission
E.Yablonovitch，Phys.Rev .Lett.58，2059（1987）

事实上，在此之前人们早已应用了光子晶体；微波中的慢波结构和光学中的布拉格光栅，它们都属于一维光子晶体。

1991年制造出第一个人造三维光子晶体——Yablonovite型光子晶体。

最早由ST．J．Russell等人于1992年提出的光子晶体光纤是典型的二维光子晶体。1998年报道了第一个真正利用光子禁带（PBG）导光的光子晶体光纤。

V．Berger于1998年提出非线性光子晶体。

二维光子晶体

与固体能带理论类似，在完美的光子晶体中也可以引入杂质和缺陷，使严格的周期结构破坏，这些缺陷能够束缚一定频率的光子，产生局域化的能级，这部分局域态位于光学禁带之中。

在光子晶体中也可以引入不同类型的缺陷；点缺陷，线缺陷和面缺陷等。这些缺陷的控制是光子晶体实现各种功能的基础。

缺陷态与局域态

利用光子晶体的局域态可以制备光子晶体的波导，微腔，环形谐振腔，分束器，耦合器等波导器件，可以制备出微小型平面光学回路（PLC），也可能实现三维光学回路模块。

光子晶体具有某些独特的光学特性，如微腔的高Q值性，超棱镜，大群折射率和负折射率等，使制备无阈值激光器，高效光放大器或其他功能器件成为可能。

利用光子晶体的非线性光学效应，使制造出光开关、光二极管，光三极管，光逻辑回路等器件成为可能，是制造全光集成芯片的基础。

光子晶体在近代科学技术特别是光学上有很多重要的应用。这里我们仅讨论光子晶体在THz技术中的应用。虽然光子晶体在THz技术中主要可以用来作为各种功能器件：

 1．光子晶体THz传输线、波导
 2．光子晶体THz谐振腔
 3．光子晶体THz滤波器
 4．光子晶体THz波偏振器
 5．光子晶体THz波开关
 6．光子晶体THz波混频器
 7．光子晶体THz波天线

下面举出光子晶体在THz科技中应用的实例。

（1）THz波在光子晶体中的传播，德国半导体研究所（Instituts fürHalbleitertechnik)研究了THz波在光子晶体中的传播，结果表明：THz波在硅二维光子晶体中能很好的传播，理论和实验相符。
（2）德国Freiburg大学Sherwin Group使用了激光化学蒸汽沉积技术用Al₂0₃陶瓷材料研究制作了THz波光子晶体。
（3）美国UCSB(圣芭芭拉大学)Sherwin Group研究制作了THz波光子晶体谐振腔。用硅材料使用离子蚀刻技术制成了三维光子晶体。
（4）日本Osaka University用彩色打印机制作THz金属光子晶体．
（5）日本物理化学研究所最近用多层约瑟夫结制作THz光子晶体滤波器(PRL 94，157004．，2005) 
（6）光子晶体THz谐振腔

美国University of Delaware用硅光子晶体制成，微盘结构（microdisk）光子晶体微谐振腔。
为了发展THz光子晶体功能器件，需要做好以下研究工作：

1．理论研究：
光子禁带的理论基础研究，如新型光子晶体及其光子能带特点，慢变结构光子晶体，光子晶体非线性特性研究等

2．功能器件的研究及设计：
THz光子晶体传输特性的研究，THz光子晶体滤波器的研究，THz二维光子晶体谐振腔的研究，THz光子晶体波分复用器件，THz光子晶体开关，THz光子晶体天线。实际上光子晶体本身就是一门交叉学科，许多领域有待研究和开发，有着重要的研究和应用价值，在光学及其他相关领域如光通信等有很重要的应用。我们这里只研究光子晶体在THz科学技术中的重要应用。