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　　在过去的一个世纪，电子技术发展迅速，几乎进入了人们生活的每一个方面。但是，随着电路集成度的提高和处理速度的飞速发展，出现了很多新的、难以解决的问题。于是，科学家们开始专注光子技术的研究，希望可以用光子取代电子来传输、处理和存储信息。光相对电有很多的优点，如：光在介电材料里的传输速率和带宽都远远大于电子在金属中的传输速率和带宽。但光子的控制却相当困难，这使得光器件的研究和应用难以取得重大的进步。

　　1987年，E.Yablonovitch在研究抑制自发辐射时，提出了光子晶体（Photonic Crystal）的概念。几乎同时，S.John在讨论光子局域时也独立地提出了这个概念。光子晶体概念的提出向人们展示了一种新的控制光子的机制，它完全不同于以往利用全反射来引导光传输。给光通信技术的发展和应用带来了新的生机和活力。　　2光子晶体的基本概念

　　光子晶体（photonic crystals简称：PC）是折射率在空间周期性变化的介电结构，其变化周期和光的波长为同一个数量级。光子晶体也称为光子带隙材料（photonic bandgap materials），也有人把它叫做电磁晶体（electromagnetic crystals）。

　　我们假设构成光子晶体的介质是线性和各向同性的，为简单起见，设电场和磁场为简谐模式（其他任何形式的模式可以通过傅立叶变换为简谐模式的叠加），即:

将电场和磁场的表达式代入到麦克斯议程中有:

式（1）表明光子晶体中，电磁波都是横向的。将（3）式两边同时除以后，议程两边取旋度，把（2）式代入其中便得到（4）。于是在光子晶体中电磁波的分布服从下列议程：

其中：ε(r)为介电常数，ω为光波的角频率，c为光速。方程（4）只在特定的频率处有解，而在某些频率区域没有解，这样就形成了类似电子晶体的能带结构，称之为光子能带（photonic band）。能带之间的电磁波在光子晶体中是被禁止的，即存在带隙，称为光子带隙（photonic bandgap，简称PBG）。光子带隙的存在依赖于光子晶体的结构和介电常数之间相差越大，则越有可能出现光子带隙；几何形状也影响光子带隙的出现，通过人工地改变光子晶体的对称结构也可以产生光子带隙。

　　光子晶体按照空间分布的周期性可以分为：一维、二维和三维光子晶体。其中一维光子晶体就是我们通常所说的光学多层膜，多层介质腊周期性地排列形成一维光子带隙，使某些频率范围的光子无法穿越，产生高效率的反射。在实际的应用中，二维和三维光子晶体有着更广泛的前景，因此更受到人们的重视。

如果在光子晶体的周期性结构中引入缺陷，破坏其结构的周期性，那么在光子禁带中引入缺陷态，如图2所示。

　　与缺陷态频率吻合的光子被限制在缺陷的位置，一旦偏离缺陷位置将迅速的衰减。这样就可以控制光波在缺陷中进行传输，并且由于光子禁带的存在，即使让光波经过很大角度的弯曲处时，也几乎没有能量的损失。正是由于带缺陷的光子晶体具有这种良好的导波特性，它在集成光路中有着巨大的应用潜力。

　　3光子晶体的制备和理论分析方法

　　光子晶体的制备有一定的难度，因为光子晶体的晶格尺度和光的波长具有相同的数量级，如：对于光通信波段（波长1.55μm），要求光子晶体的晶格在0.5μm左右。近些年来，在人们不断探索和试验的过程中，出现了许多可行的人工制备方法，如：介质棒堆积、精密机械钻孔、胶体颗粒自组织生长、胶体溶液自组织长年和半导体工艺等。用这些方法，通过人工地控制光子晶体中介电材料之间介电常数的配比和光子晶体的微周期性结构，可以制备出带有各种带隙的光子晶体。