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光子结晶控制光线

作者:硕博网    文章来源:中华硕博网    点击数:    更新时间:2008-4-28中华硕博网(http://www.china-b.com)全球500所高校指定报名中心--光子结晶控制光线  玉虫的颜色会随着观察它的角度不同而发生变化。其颜色的变化并不是由色素决定的,而是由于在其表面存在着细微的有规律的结晶。分布于玉虫身体表面的这种光子结晶,由于可以作为控制光线的材料而引人注目。它可以用于开发光配线设备或者节能型产品,这方面的研究正在取得进展。
  将某种光线幽禁起来,或者把特定波长的光波进行放大,“自由地对光波进行操作和控制”,这种看似魔术师般的想法正在变为现实。而一旦实现,就可以把现在各种机器设备中的金属配线变换为光纤配线等。而“立体光子结晶”作为可以操控光波的新材料,已经引起人们的广泛关注。
  所谓“光子结晶”(Photonic Crystals)是指其构造精细,如光波一般,且晶粒呈立体排列的某种结晶材料。由于其具有周期性的排列方式,所以当反射光波时,对特定波长的光线就可以进行增强或者减弱的操作或控制。由于玉虫(又称吉丁虫,是一种色彩艳丽的甲虫,外观和叩头虫很相似)的身体表面也具有类似的有规律的光子结晶构造,所以当观察角度不同时,其颜色也会发生改变。
  由于加工十分困难,光子结晶作用的实验验证被推迟了
  光子结晶的性质由其具有怎样的周期性排列所决定。
  日本大阪大学的高原淳一助教授使用光子结晶,开发出了环保型的白炽节能灯泡。由于普通的白炽灯泡会产生红外线而发热,所以其能量转换和使用效率很差。如果能够有效地阻止灯丝上红外线的放出,而让电能更多地转换成可见光,就可以制造出高效节能型照明灯泡了。因此,需要研究如何在灯丝表面生成出一种光子结晶,它能够使红外线光波不复存在或者不会从灯丝中放射出红外光波。
  利用“自我组织化”技术,会降低制造光子结晶的成本
  最近,美国圣地亚哥国家研究所的科研小组,在作为灯丝材料的钨丝表面,制造出了光子结晶,并且通过实验证明了它对红外线可以产生抑制的效果。在钨丝的表面制造出密集分布的微小棒状体(高约7微米,长宽各为350纳米,即红外光波长的一半),使其如井架般林立,并立体排列,就能阻止红外线从被电能加热的钨丝表面发出。但是,采用这种方法需要很多的时间和经费。
  高原助教授和日本京都大学风险商用实验室的川弘助手等,正在开展采用“自我组织化”技术,制造光子结晶的研究工作。所谓“自我组织化”,是指分子或小液珠等具有自我形成某种有规律结构的能力。比如,雪花的结晶会呈现出星形或六边形等的结晶,就是白雪的结晶,通过“自我组织化”而形成的。利用自我组织化现象,就有可能以较低价格,制造出光子结晶来。
  采用纳米技术研究制造环保产品
  高原助教授首先采用硅珠开始研究。利用含有硅粒的液体(硅珠胶体),将物体浸泡后,再晾干,反复多次进行实验。终于通过自我组织化现象,得到了出色的光子结晶。利用该项技术,把灯泡覆盖上某种光子结晶,就可以制造出七色辉映的灯泡。而且如果对这种灯泡放射出的光线进行检测的话,就会发现其红外线放射已被有效地抑制了一些。
  高原助教授指出:“现在虽然尚未实现利用自我组织化技术制造出钨丝上的光子结晶,其技术实用化仍然需要一些时间。但是,在构建精细加工理论研究方面,采用自我组织化技术,降低加工费用,推出更多更好的环保产品的研究,正在不断取得进展。”