21世纪是互联网高速发展的时代。半导体材料、硅单晶、集成电路和摩尔定律，现代
计算机是微电子技术发展的结晶，它们利用和控制了电子的特性。如果了解基尔德尔定律
和微光子技术，控制了光子的特性，将会带来怎样的突破？

光子晶体简介－2.晶体和半导体

2.晶体和半导体介绍

　　所谓的晶体，是指内部原子有序排列，形成一种周期性的重复结构，而往往就是这些
重复性的结构存在，才决定了半导体的特殊性质。晶体又分单晶和多晶：

　　单晶--在一块材料中，原子全部作有规则的周期排列，由于内部的有序性和规则性，
其外形往往是某种规则的立体结构。
 
　　多晶--只在很小范围内原子作有规则的排列，形成小晶粒，而晶粒之间有无规则排列
的晶粒界隔开。

　　我们熟悉的硅、锗等晶体就属于单晶。 
　　半导体分类：
　　半导体可分为本征半导体、P型半导体、N型半导体。

　　本征半导体：硅和锗都是半导体，而纯硅和锗晶体称本征半导体。硅和锗为4价元素
，其晶体结构稳定。

　　P型半导体：P型半导体是在4价的本征半导体中混入了3价原子，譬如极小量（一千万
之一）的铟合成的晶体。由于3价原子进入4价原子中，因此这晶体结构中就产生了少一电
子的部分。由于少一电子，所以带正电。P型的"P"正是取"Positve（正）"一词的第一个
字母。

　　N型半导体：若把5价的原子，譬如砷混入4价的本征半导体，将产生多余1个电子的状
态结晶，显负电性。这N是从"Negative（负）"中取的第一个字母。

　　二极管的原理：如图一是未加电场（电压）的情况P型载流子和N型载流子随机地在晶
体中。若在图二中的N端施加正电压，在P端施加负电压，内部的载流子，电子被拉到正电
压方，空核被拉到负电压方，从而结合面上的载流子数量大大减少，电阻便增大了。如图
三加相反电压，此时内部载流子通过结合面，变得易于流动。换言之电阻变小，电流正向
流动。

　　请记住：二极管的正向导通是从P型指向N型，国际的标法是：三角形表示P型，横线
是N型。二极管在0.6V以上的电压下电流可急剧移动，反向则无！
 

3.能带理论

　　能级（Enegy Level）：在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一
壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布
。为简明起见，在表示能量高低的图上，用一条条高低不同的水平线表示电子的能级，此
图称为电子能级图。

　　能带（Enegy Band）：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，以硅
为例，每立方厘米的体积内有5×1022个原子，原子之间的最短距离为0.235nm。致使离原
子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原
子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的
共有化。从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩
展为能带。

　　禁带（Forbidden Band）：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是
不允许电子占据的，此范围称为禁带。原子壳层中的内层允许带总是被电子先占满，然后
再占据能量更高的外面一层的允许带。被电子占满的允许带称为满带，每一个能级上都没
有电子的能带称为空带。

　　价带（Valence Band）：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能
带称为价带。

　　导带（Conduction Band）：价带以上能量最低的允许带称为导带。

　　导带的底能级表示为Ec，价带的顶能级表示为Ev，Ec与Ev之间的能量间隔称为禁带Eg
。

　　导体或半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电流）来实现的，这种电流的
载体称为载流子。导体中的载流子是自由电子，半导体中的载流子则是带负电的电子和带
正电的空穴。对于不同的材料，禁带宽度不同，导带中电子的数目也不同，从而有不同的
导电性。例如，绝缘材料SiO2的Eg约为5.2eV，导带中电子极少，所以导电性不好，电阻
率大于1012Ω·cm。半导体Si的Eg约为1.1eV，导带中有一定数目的电子，从而有一定的
导电性，电阻率为10^(-3)-10^12Ω·cm。金属的导带与价带有一定程度的重合，Eg=0，
价电子可以在金属中自由运动，所以导电性好，电阻率为10^(-6)-10^(-3)Ω·cm。

4.光子晶体基本原理

　　众所周知，很多的研究都是起源于对自然界不同领域存在类似现象的假设开始的。因
为宇宙万物遵循着相同的规律，即使外表再怎样的千变万化，而内在的规则却是有着高度
一致性。这正是宇宙的神奇之处，也是人类难解的秘密。光子晶体的产生亦是如此，它是
科学家们在假设光子也可以具有类似于电子在普通晶体中传播的规律的基础上发展出来的
。
 
　　从晶体结构图中，我们可以看出晶体内部的原子是周期性有序排列的，正是这种周期
势场的存在，使得运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带与带之
间可能存在带隙。电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续传播。其实，不论是电磁波
，还是其它波如光波等，只要受到周期性调制，都有能带结构，也都有可能出现带隙。而
能量落在带隙中的波同样不能传播。
 
　　简言之，半导体中离子的周期性排列产生了能带结构，而能带又控制着载流子（半导
体中的电子或者空穴）在半导体中的运动。相似的，在光子晶体中是由光的折射率指数的
周期性变化产生了光带隙结构，从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动。

　　光子晶体的结构可以这样理解，正如半导体材料在晶格结点（各个原子所在位点）周
期性的出现离子一样，光子晶体是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率（如
人工造成的空气空穴）的材料。如下图所示的光子晶体材料从一维到三维的结构，可以明
显看出周期性的存在，而且三维光子晶体的结构图与普通的硅晶体单从结构是很相似的。
高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙（Band Gap，类似于
半导体中的禁带）。而周期排列的低折射率位点的之间的距离大小不同，导致了一定距离
大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应。也就是只有某种频率的光才会在某种
周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播。
 
　　如果只在一个方向上存在周期性结构，那么光子带隙只能出现在这个方向。如果在三
个方向上都存在周期结构，那么可以出现全方位的光子带隙，特定频率的光进入光子晶体
后将在各个方向都禁止传播。这对光子晶体来说是一个最重要的特性。而且实际上，这种
三维光子晶体也是最先被制造出来的。图 01（）、02（）、03（三维光子晶体示意图）

　　因为光被禁止出现在光子晶体带隙中，所以我们可以预见到我们能够自由控制光的行
为。例如，如果我们考虑引入一种光辐射层，该层产生的光和光子晶体中的光子带隙频率
相同，那么由于光的频率和带隙一致则禁止光出现在该带隙中这个原则就可以避免光辐射
的产生。这就使我们可以控制以前不可避免的自发辐射。
 
　　而如果我们通过引入缺陷破坏光子晶体的周期结构特性，那么在光子带隙中将形成相
应的缺陷能级。将仅仅有特定频率的光可在这个缺陷能级中出现。这就可以用来制造单模
发光二极管和零域值激光发射器（详见光子晶体应用）。而如果产生了缺陷条纹--即沿着
一定的路线引入缺陷，那么就可以形成一条光的通路，类似于电流在导线中传播一样，只
有沿着"光子导线"（即缺陷条纹）传播的光子得以顺利传播，其它任何试图脱离导线的光
子都将被完全禁止。理想状态下我们已经实现了一条无任何损耗的光通路。这种光通路甚
至比光纤更有效。

　　近年来，光子晶体得到了越来越多的关注和推崇。科学家们从各个方面来寻求开发应
用光子晶体的途径。然而，光子晶体得到广泛应用，还需要解决以下几个问题：

　　1）制作可以对波长在可见光范围内的光产生BandGap的光子晶体还有很大的困难（具
体内容请参看光子晶体制造方法介绍）。

　　2）解决随意在任意位置引入需要的缺陷的问题--上文已经提到这种缺陷意义。

　　3）制作高效率光子传导材料的技术问题。

　　4）如何将现在的电流和电压加到光子晶体上的问题。晶体结构可在外加电场和磁场
控制下进行转换从而成为可调节的光子晶体。该种可调节晶体结构的光子晶体可用来制作
体积微小、广泛用於遥距通讯和卫星通讯的远红外激光器，亦有助研究激发态分子的化学
反应，对化工生产、药物研制及生物科技都十分重要。

　　下图是日本某实验室通过引入缺陷等方法而制造的光回路系统。其中就用到了上面提
到过的无阈值激光发射器和缺陷条纹等技术。

　　固体物理中的许多其它概念也可以用在光子晶体中，不过需要指出的是光子晶体与常
规的晶体虽然有相同的地方，也有本质的不同，如光子服从的是麦克斯韦（Maxwell）方
程，电子服从的是薛定谔方程；光子波是矢量波，而电子波是标量波；电子是自旋为1/2
的费米子，光子是自旋为1的玻色子；电子之间有很强的相互作用，而光子之间没有。

5.光子晶体的制备

　　虽然我们一直在讨论人工通过调节折射率的周期变化来制造的光子晶体，但实际上自
然界有天然的光子晶体存在，如蛋白石（Opal）和蝴蝶翅膀等。电子显微镜揭示它们由一
些周期性微结构组成。而它们之所以可以呈现美丽的色彩，则正是由于在不同的方向上，
有不同频率的光被散射和透射。但这些天然物质均没有三维的光子带隙。

　　前面我们已经说过，人造光子晶体原理就是在利用折射率的周期变化。实际上引入这
种折射率的变化大多使用了空气空穴。类似于半导体中的电子空穴，这种规律的分布在光
子晶体材料中的空气与材料本身的折射率有很大的不同。故此可以达到形成光子晶体的条
件要求。

　　光子带隙的出现与光子晶体结构、介质的连通性、介电常数反差和填充比有关，条件
是比较苛刻的。一般说，介电常数反差越大（一般要求大于2），得到光子带隙可能性越
大。制作具有完全光子带隙（即三维光子晶体）的光子晶体无疑是一项巨大的挑战。

　　最初提出的结构是面心立方结构。从实空间看即用何种介电材料来填充Wigner-Seitz
原胞。选用怎样的面心立方结构和填充比才有光子带隙，这并非一件易事。Bellcore的研
究人员用了两年多的时间尝试了各种各样的面心立方结构，才发现一种面心立方结构有光
子带隙。这是一种背景为介电材料，相互重叠的空气孔在其中排列成面心立方结构的点阵
结构。空气孔占86%的体积。这种制作方法类似炒菜，用介电材料构成周期结构，然后测
量电磁波的透射率，看是否存在光子带隙。这种方式非常费时费力，而且也不太成功。

　　为寻找一种制作简易，同时组成单元维度低的结构，Ames的研究人员提出了一种层状
结构的光子晶体，人们还提出了其它的层状结构来制作三维光子晶体。

　　美国纽约州罗切斯特大学的萨姆森·杰尼克等人在1999年初出版的《科学》杂志上撰
文说，他们成功地让塑料分子像活的有机体那样自我组装为晶状结构。他们说，这种塑料
具有重要用途，可以制作性能更好的发光二极管、在不同光线条件下能够改变颜色的特殊
油漆以及超高效激光器。

　　杰尼克和他的同事们让塑料分子生长成面积为一平方厘米、厚度比人的头发丝直径还
小的结构。在显微镜下观察，这种名叫光子晶体的结构是一个中空的球体，堆积起来就像
一个蜂窝。这些美国科学家说，他们首先制成聚合物分子溶液，聚合物分子在溶液里就自
我组成中空的球体，数十亿的球体以一种精确而有序的方式聚集在一起，最后形成更大的
结构。

　　制作光学波段的光子晶体另外常用的技术是胶体颗粒（如硅土颗粒）的自组织生长。
硅土颗粒的大小一般为微米或亚微米，悬浮在液体中。由于颗粒带电，而整个体系呈电中
性，这些悬浮颗粒之间有短程的排斥相互作用以及长程的范德华（Van der Waals）力--
一种分子间力。经过一段时间，悬浮的胶体颗粒会从无序的结构相变成有序的面心立方结
构而形成胶体晶体。这种方法非常简便，而且很经济。一般采用的胶体颗粒是聚合物等，
因为其它材料要得到大小均匀的颗粒很困难。早期采用的是聚合物的胶体颗粒，折射率都
比较小。自然的蛋白石或人工的蛋白石是由氧化硅胶体颗粒组成的，颗粒的大小可以做得
很均匀，大小一般为几百纳米，氧化硅颗粒的折射率也比较小，为1.45，遗憾的是理论计
算表明由这些材料构成的面心立方结构的胶体晶体没有光子带隙。阿姆斯特丹大学的两位
教授（Judith Wijnhoven和 Willem Vos）正在研发的技术就依赖于亚微米级的硅土颗粒
在胶状悬浮页中的自排列能力可以达到精确匹配的要求的特性。对于相对低于空气折射率
的硅土与空气空穴造成的折射率差别不足以形成3维带隙的缺点，该组用以下方法试图克
服这个困难：他们使用二氧化钛来填充硅土颗粒中的空气间隙，而二氧化钛有一个较高的
折射率。这个解决方案应用了一个化学反应过程--生成二氧化钛的过程。该反应重复多次
，最终将硅土颗粒溶解，留下紧密排列的二氧化钛包围的球状空气空穴。

　　最近胶体溶液自组织生长的进展有可能改变这种情况。研究人员注意到胶体晶体的空
隙可以填充各种无机或有机物，如果能将胶体颗粒去处而不影响晶体结构，就能得到空气
孔结构的光子晶体。理论发现，如果背景是高介电常数的材料的面心立方结构，在第八和
第九个光子能带之间有光子带隙，虽然第二和第三带之间仍然是赝带隙。实验上成功用
TiO2（折射率~2.6）制成了空气球的结构。这种反蛋白石（inverse opal）结构的空气孔
中可以填充其它高介电材料，如半导体或金属量子点，也可以填充如C60之类的富勒稀材
料。

　　其间，美国匹兹堡大学的John Holtz和Sanford Asher构建了一种"可调"光子晶体，
他们使用的是一种聚合体球状物在水凝胶膜中的悬浮液，并用一种人造聚合体吸收水。在
这种情况下，带隙的波长就可以通过收缩或扩展水凝胶来调节。然而，虽然胶状结构可以
很容易的克服调节的困难，但是却无法容易的适应于发光二极管活跃的电子异质结构。

很抱歉，由于您提交的内容中或访问的内容中含有系统不允许的关键词，本次操作无效，系统已记录您的IP及您提交的所有数据。请注意，不要提交任何违反国家规定的内容！本次拦截的相关信息为：卫星电视一个实际应用是在微波天线方面。微波天线在军事及民用方面都有很多可
以发挥的领域。如卫星电视、雷达探测等等都要广泛利用。然而传统的微波天线制备方法
是将天线直接制备在介质基底上，这样就导致大量的能量被天线基底所吸收，因而效率很
低。

　　例如，对一般用GaAs（钙、砷）介质作基底的天线反射器，98%的能量完全损耗在基
底中，只有2％的能量被发射出去，同时造成基底的发热。但是光子晶体的发现给此领域
带来了福音。如针对某微波频段可设计出需要的光子晶体，并让该光子晶体作为天线的基
片。因为此微波波段落在光子晶体的禁带中，因此基底不会吸收微波，这就实现了无损耗
全反射，把能量全部发射到空中。

　　第一个以光子晶体为基底的偶极平面微波天线1993年在美国研制成功。
　　手机的辐射防护
　　手机是一个小型的、但能量极强的电磁波发生器，其工作频率在890MHz-965MHz，辐
射出的电磁波对人体细胞具有极强的致畸作用。手机在使用过程中，这种电磁波始终围绕
着人的头部。长期、高频率使用手机，会造成正常脑的支持细胞--胶质细胞DNA分子链的
电离损害，导致DNA碱基分子链的断裂，引起细胞的癌变。在-般情况下，人体内正常的免
疫监控系统，能及时识别和清除这些畸变的细胞。但这种损害长期、反复地发生，身体也
就周而复始地进行这种畸变与抗畸变的过程，在体内的监控系统"疲劳"时，失去了对畸变
细胞的修复或清除能力，肿瘤就会发生。

　　利用光子晶体可以抑制某种频率的微波传播的原理，可以在手机的天线部位制造维播
放护罩，从而避免对人体有害的微波辐射直接照射手机用户的头部。这种技术目前还没有
成熟，但是至少有一个美好的前景。需要提到的是，同样可以用来作为手机辐射防护的还
有纳米技术，但是也没有成熟的技术可以直接应用。

光子晶体的应用－2.电子计算机中的应用

　　自从1970年以来，可以被放置到微电子芯片的电子元件数量以18月翻一番的速度增长
，这保证了计算机运算速度在同时期随之翻番，价格减半。然而即使这种被成为摩尔定律
的趋势可以在以后的几年内保持持续的增长，但总体的增长速度必将逐渐的走向平缓，直
至计算机速度达到目前的极限，无法继续增长。

　　我们现在可以轻松买到运行在1G Hz（109 Hz）的个人电脑，这确实让人感觉很兴奋
。然而可否想过100G Hz的电脑走上您的书桌呢？实际上，根据我们目前对半导体技术（
现在计算机芯片技术的根本）的所知，即使仅仅想实现10G Hz的速度已经很困难。但是，
假若用光线来代替半导体中的电子来传递信号，则可以让生产百亿Hz（1012 Hz）的个人
电脑成为可能。研究人员目前相信，如今看来可以成为可怕的这种高速的处理器可以用被
称之为"光子晶体"（quasicrystal）的物质所产生的光成分实现。这些材料均具有高度的
周期性结构，这种周期性可以用来控制和操纵光波的产生和传播。

　　目前的电脑依靠半导体晶体来控制数百万的电子信号，然而用光子来控制电子信号的
电脑将比目前的电脑速度快得多，效率也高得多。目前人们是依靠电子来实现微电子技术
革命，今后则将依靠光子来继续这场革命，这就需要能捕获和控制光传播方式的光子晶体
之类的新材料。而光子晶体正是可以胜任这种工作的材料。
　　电脑CPU芯片
　　传统芯片技术的局限性：

　　尽管现在的CPU速度提升幅度之大、之快实在前所未有，但从体系结构上来看，其变
化还是比不上从486到奔腾的飞跃。奔腾相对486来说，最最重要的是引入了指令流水线的
概念，指令得到了精简，执行效率更高。而奔腾以后的处理器，除了多了几条专用指令以
及集成二级缓存之外，更多的优势来自于制造工艺的进步，使得处理器速度节节攀升。

　　让我们先来简单描述一下CPU的工作流程。CPU完成一条指令，大致可分为四个步骤：
从内存中提取数据，翻译或者解释指令，按照指令对数据进行操作，把操作结果返回到内
存中。这一系列的过程，被称为一个指令周期。CPU的频率越高，指令周期就越短，CPU单
位时间内处理的指令就越多。但是，我们能够无限制的提高CPU的频率吗？你可以看到，
CPU完成一条指令的过程还是相当复杂的。要提高CPU速度，也就是缩短CPU完成指令的时
间，这就必须要求更好的设计方法和制造技术，减少电信号在各个微电子元件的延迟时间
。这就要求减小微电子元件体积，缩短它们之间的距离，提高集成规模。但是元件缩小到
一定程度后就很难再有大的突，而且，超大规模的集成电路，其电子元件的发热量将十分
惊人，很有可能因为过热而产生电子漂移现象，导致系统不稳定甚至崩溃。可以说，在目
前这种情况下，这种方法已经没有多大的发挥余地了。

　　这也正是目前预测常规半导体技术只能支持10G Hz左右的运算速度的原因。然而光子
晶体就可以避免这个问题，其实从目前的光纤技术（注意：光纤利用的是光的全反射，而
非光子晶体技术）和普通电缆传输数据的网络系统比较就可以看出，光传播数据相对电子
传播数据的优势所在。其速度上可以有本质上的提升。故此现在关于这方面的研究是一个
很热门的领域。
　　2．网络方面的应用
　　光纤网络是目前速度最快的通讯方式，而光纤是由纤芯和包层两种光学性能不同的介
质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。由物理学可知，在两种介
质的界面上，当光从折射率高的一侧射入折射率高的一侧时，只要入射角度大于一个临界
值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这一点很类似光子晶体通过带隙（Bandgap）
防止能量损失一样，是光纤传输数据的优势所在。

　　然而传统光纤的缺点是不同波长的光穿过光纤纤芯的速度也不同。考虑长距传输时，
在信号中就将出现时间延迟，所以信号就需要在不同的波长编码。这种现象叫做延迟--光
纤纤芯越粗延迟越厉害，因为光将沿不同的路径或"模式"通过纤维。通过这样的纤维的一
个光脉冲变宽，必将限制能精确接收的数据率。
 
　　解决的方法还有一种就是采用单模光纤，即尽量减少光纤纤芯的直径，从而可以只允
许一个模式的光路通过，从而避免上述问题。但同时成本将大大提高。

　　除此以外，传统光纤的损耗也是需要考虑的问题。

　　而光子晶体制作的新型光纤在这些方面都有显著的优势。光子晶体带隙保证了能量的
基本完全无损失，而且不会出现延迟等影响数据传输率的现象。英国Bath大学的研究人员
用二维光子晶体成功制成新型光纤：由几百个传统的氧化硅棒和氧化硅毛细管依次绑在一
起组成六角阵列，然后在2000度下烧结从而形成直径约40微米的蜂窝结构亚微米空气孔。
为了导光，在光纤中人为引入额外空气孔，这种额外的空气孔就是导光通道，与传统的光
纤完全不同，在这里传播光是在空气孔中而非氧化硅中，可导波的范围很大，从而增加数
据传输量。
 
　　如图是目前英国斯温顿Bath大学的实验性光子晶体光纤实物图和传输效果图。

　　除了对于光纤本身的改进以外，光纤通信必须要用到的发光二极管（LED）等光学元
件也都可以用光子晶体来进行更大幅度的改进。

　　相信在本个世纪内，我们一定可以用上高速的光子计算机和快速便捷的光子通信设施
。

光子晶体的应用－3.光电元件中的应用
3.光电元件中的应用

　　低阈值激光发射器
　　由光电发射材料制作的光子晶体，例如III-V 型半导体和涂上稀土元素的玻璃，也可
以用来发射很纯的激光，从而可以与光通讯系统中其它组件一起很好的工作。在光子晶体
晶格中引入一些或稍小或稍大于晶格中其它空气空穴的空穴就可以生成光子带隙中的缺陷
模式--前面简单提到过。

　　当材料可以发射很宽范围内的光（如白光也就是混合光）的时候，只有符合缺陷模式
要求的波长的光波可以在该材料中自由穿梭而被扩增。在这样的材料外层用反射性材料制
成"镜子"从而形成一个激光发射腔。被选择的光不断被连续反射从而频繁穿梭于光子晶体
中间，故此强度不断被集中而增强。同时，其它波长的光被光子晶体内部吸收而无法继续
增大。这意味着可以简单得到很窄波长范围内的激光发射器。而这个波长还可以通过使用
特殊的几何学的光子晶体晶格来进行选择。

　　这种激光发射器要比普通半导体二极管激光腔能够更有效的"捕获"光--因为相对于普
通半导体来说，它有更少的方向让光子从中逃逸。

　　由于光子晶体带隙可以作为光子捕获器，所以它们还可以有效的提高普通发光二极管
的发射效率，而对于光纤的数据传输来说，更是至关紧要的。因为光纤就是要靠发光二极
管（LED）来提供光源！

　　此外，光电效应的效率增长，意味着显微孔隙二极管和光子晶体激光要比传统的设备
具有更快速的转换速率，而这正是高速数据传输和高效利用能量的关键。实际上，这些设
备的研发是光电子学领域热门的课题。
　　光子晶体波导
　　传统的介电波导可以支持直线传播的光，但在拐角处会损失能量。理论计算表明，光
子晶体波导可以改变这种情况。光子晶体波导不仅对直线路径而且对转角都有很高的效率
，最近的实验证实了理论预言。
　　光子晶体超棱镜
　　常规的棱镜的对波长相近的光几乎不能分开。但用光子晶体做成的超棱镜的分开能力
比常规的要强100到1000倍，体积只有常规的百分之一大小。如对波长为1.0微米和0.9微
米的两束光，常规的棱镜几乎不能将它们分开，但采用光子晶体超棱镜后可以将它们分开
到60度。这对光通讯中的信息处理有重要的意义。
　　光子晶体偏振器
　　常规的偏振器只对很小的频率范围或某一入射角度范围有效，体积也比较大，不容易
实现光学集成。最近，我们发现可以用二维光子晶体来制作偏振器。这种光子晶体偏振器
有传统的偏振器所没有的优点：可以在很大的频率范围工作，体积很小，很容易在Si片上
集成或直接在Si基上制成。
4.未来展望
 
　　预言总是很难实现。但是，光子晶体电路和装置的未来看起来却是确信无疑的。五年
之内，许多光子晶体的基本应用将会在市场上出现。在这些应用中，将会有高效光子晶体
激光发射器和高亮度的发光二极管。

　　而当每个家庭都连接到一个光纤网络的时候，与如今"视顶盒"类似的解码信号设备将
使用光子晶体电路和装置而不是笨重的光纤和硅回路。

　　在五到十年的范围内，我们应该制造出第一个光子晶体"二极管"和"晶体管"；在十到
十五年里，我们能制造出第一个光子晶体逻辑电路并使之占有主要地位；在接下来的二十
五年内，由光子晶体驱动的光子计算机应该可以制造出来。令人惊奇的是，合成蛋白石甚
至可以在珠宝和艺术品市场上找到生存环境；并且光子晶体薄膜能贴在信用卡上作为防伪
标志。

　　如果我们的预言只是完全不可能实现的对未来的歪曲，我们希望大部分人会忘记我们
曾经这样说过。然而，光子晶体的未来看起来还是充满光明的。