Ứng dụng dẫn sóng trong các khuyết tật để tạo ra các điểm quẹo nhằm dẫn sóng theo ý muốn.
Việc chế tạo ra một tinh thể có độ rộng vùng cấm hoàn hảo cho bất kỳ hướng truyền sóng nào và bất kỳ loại phân cực nào của trường điện từ chỉ có thể đạt được với tinh thể quang tử 3D. Các kết quả nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các loại tinh thể có cấu trúc mạng 3 chiều đơn giản như mạng lập phương đơn, mạng lập phương tâm mặt, mạng lập phương tâm thể.
Hình sau là một ví dụ về cấu trúc vùng năng luợng của tinh thể quang tử 3D do E. Yablonovitch nghiên cứu năm 1991. Tinh thể 3D này có cấu trúc dạng các lỗ nằm bên trong chất điện môi dọc theo 3 hướng. Ở đây tác giả sử dụng chất nền có hằng số điện môi ε=13, hệ số nạp đầy giữa các lỗ không khí và chất nền là khoảng 57%. Vùng Brillouin tối giản là mạng lập phương tâm mặt, sơ đồ vùng năng lượng được tính toán dọc theo các điểm X, U3, W, K3, L3, Г, L1, K1, W, U1, X. Độ rộng vùng cấm hoàn hảo, tính theo công thức Δω/ω, từ vùng 2 đến vùng 3 là 15% cho bất kỳ phương truyền nào và bất kỳ phân cực nào của trường.
Hình 32: Vùng Brillouin tối giản của mạng lập phương tâm mặt và sơ đồ vùng năng lượng của cấu trúc Yablonovitch được tính toán ứng với 06 vùng đầu tiên, hằng số điện môi ε=13.
1.2 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI.
Năm 2007, viện nghiên cứu quân sự tại mỹ (Army Research Laboratory) dùng phần mềm MPB để mô phỏng vùng cấm quang tử trong tinh thể quang tử 2D và 3D. Nghiên cứu này được thực hiện bởi hai tác giả là Daniel H. Kodan và Peter W. Chung. Hai tác giả đã chỉ ra được độ rộng vùng cấm TM của tinh thể quang tử 2D mạng tam giác các cột điện môi và vùng cấm hoàn hảo của tinh thể quang tử 3D mạng kim cương. [4]
Hình 33: Độ rộng vùng cấm của tinh thể quang tử 2D mạng tam giác các cột điện môi.
Năm 2004, hai tác giả Chin-ping Yu and Hung-chun Chang [2] dùng các phương pháp tính toán tinh thể quang tử khác nhau để tính độ rộng vùng cấm, trong đó có sử dụng phương pháp tính bằng phần mềm MPB. Tác giả đã kết luận tinh thể tam giác các thanh điện môi chỉ cho phép sóng TM truyền qua và theo sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng thì phương pháp dùng phần mềm MPB cho ra kết quả tương đương với các phương pháp khác.
Hình 34: Cấu trúc vùng năng lượng tinh thể quang tử 2D mạng tam giác các thanh điện môi với 11.4, r=0.2a.
Năm 2008, các tác giả Feng Wen, Sylvain David, Xavier Checoury, Moustafa EI Kurdi, Philippe Boucaud của hội quang học Mỹ đã mô phỏng và tính toán độ rộng vùng cấm hoàn hảo rộng nhất trong các tinh thể quang tử 2D, vùng cấm này cho cả hai sóng phân cực TE và TM truyền qua. Các tác giả chỉ ra
và mạng tam giác. Vùng cấm hoàn hảo được tính toán dựa theo công thức Δω/ω, kết quả cho thấy vùng cấm của mạng tổ ong rộng hơn mạng tam giác, vùng cấm mạng tổ ong khoảng 10%. [6]
Hình 35: Độ rộng vùng cấm của các tinh thể 2D lỗ không khí.(a) Cấu trúc mạng tam giác với r=0.4a