光子禁帶

20世紀80年代末，人們發現光在一種介電常量周期變化的空間介質中傳播時，某些頻率的光不能透過，即出現光子的頻率禁帶．之後“光子晶體”。這一嶄新的概念便出現在光學領域。光子晶體是一種折射率周期排列的合成材料，其主要特徵就是存在光子禁帶。在禁帶中，某些頻率範圍的光不能透過；而在某些頻率範圍內的光是可以透過的。因此，光子晶體既可以是光子的絕緣體，又可以是光子的良導體。作為一種新興的人工微結構材料，光子晶體是光學領域技術突破性進步的關鍵。

光子晶體是一類在光學尺度上具有周期性介電結構的人工設計和製造的晶體。與半導體晶格對電子波函數的調製相類似，光子帶隙材料能夠調製具有相應波長的電磁波---當電磁波在光子帶隙材料中傳播時，由於存在布拉格散射而受到調製，電磁波能量形成能帶結構。

光子帶隙是光子晶體最重要的特徵。光子晶體具有和半導體相似的結構，只是將半導體中周期變化的原子變成了周期變化的兩種不同介電常數的介質材料。和半導體材料一樣，介電常數的周期性排列產生了一定的“勢場”，當兩種材料的介電常數相差足夠大時，在電介質界面上會出現布拉格散射，產生光子帶隙，能量落在帶隙處的光將不能傳播。兩種介質材料的介電常數比（或折射率比）越大，布拉格散射越強烈，就越有可能出現光子帶隙。光子帶隙可以分為完全帶隙與不完全帶隙。所謂完全帶隙，是指光在整個空間的所有傳播方向上都有帶隙，且每個方向上的禁帶能相互重疊；不完全帶隙，相應於空間各個方向上的禁帶並不完全重疊，或只在特定的方向上有禁帶。