Matériaux à bandes interdites photoniques

Photonic band gap materials

Groupe d'étude des semiconducteurs, CC074, université Montpellier II, place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 05, France

Résumé

Les matériaux à bandes interdites photoniques sont des structures diélectriques périodiques qui contrôlent la propagation des ondes électromagnétiques. Nous décrivons la méthode des ondes planes qui permet de calculer les structures de bandes des cristaux photoniques. Par une analyse de la symétrie et une approche perturbative, nous précisons les conditions d'existence des bandes interdites de basse énergie. Nous proposons de nouvelles structures bidimensionnelles appelées graphite et nitrure de bore. Grâce à une méthode de matrices de transfert, nous calculons la transmission de la structure graphite et nous mettons en évidence le rôle fondamental du couplage avec les modes extérieurs. Nous étudions l'apparition de modes permis dans la bande interdite grâce à l'introduction de défauts dans la périodicité. Enfin, nous discutons les propriétés des opales constituées de micro-billes de silice auto-organisées, qui sont très prometteuses pour la fabrication de cristaux photoniques tridimensionnels.

Abstract

Photonic band gap materials Photonic band gap materials are periodic dielectric structures that control the propagation of electromagnetic waves. We describe the plane wave method, which allows to calculate the band structures of photonic crystals. By symmetry analysis and a perturbative approach, we predict the appearance of the low energy photonic band gaps of hexagonal structures. We propose new two-dimensional structures called graphite and boron nitride. Using a transfer matrix method, we calculate the transmission of the graphite structure and we show the crucial role of the coupling with external modes. We study the appearance of allowed modes in the photonic band gap by the introduction of localized defects in the periodicity. Finally, we discuss the properties of opals formed by self-organized silica microspheres, which are very promising for the fabrication of three-dimensional photonic crystals.