光子结晶技术

深蓝色的畅想

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。”