大自然的五彩斑斓,原来很多都是因为TA?

光子晶体和蝴蝶有什么关系?

按照生物学家的统计,大部分蝴蝶分布在美洲等地,但这并不妨碍蝴蝶成为我们生活中常见的点缀。古有“庄生晓梦迷蝴蝶”的佳句,今有“蝴蝶翅膀本无色的”的话题作文。蝴蝶身披美丽的色彩,不小心飞入现代科学研究者的镜头下,一种特殊的结构引起了人们的兴趣。

光子晶体(Photonic Crystal),也叫光子禁带材料,是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。简单地说,光子晶体具有波长选择的功能,可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。

光子晶体的研究自从1887年就开始,1987年,光子晶体这个名词才被第一次出现在由Eli Yablonovitch和Sajeev John分别发表在《Physical Review Letters》上的两篇关于光子晶体的标志性文章中。

花儿为什么这样红?

自然界产生色彩的主要来源有两种途径,其一为色素,另一种则为结构色。色素色是最普遍和常見的顏色。來自于色素有选择性地吸收某些顏色的光。

而反射和散射其他色彩的光。结构色是由干涉、衍射和散射等光学效应所造成。简单说来,光子晶体具有波长选择的功能,可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。因此具有这种结构的物质及时本身无色也可以呈现不同的颜色。

另外,昆虫、蝴蝶、鸟类羽毛、海洋生物、动物皮肤,甚至植物都会呈现出明亮的结构色。

“polymer opal film ”是一种被称为高分子蛋白石膜的材质,其中有许多高分子的均匀颗粒有结构排列的固定在弹性体的内部,当受到外力拉扯时,颗粒间的距离就会改变,所以就会因为颗粒间距离的改变(光子晶体的晶格大小改变) 而反射出不同的波长的光。下图是用上述面料(高分子蛋白石膜)做的衣服。

功能用途

光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处,原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件,达到控制光子运动的目的。

  • 发表于 2015-08-26 00:00
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