光子晶體是一由具有高低不同介電係數的介電材料或是金屬材料所組成的週期結構，其結構的週期性，可為一維、二維或是三維，如(圖一)所示。當其不同的介電係數相差夠大，且其週期或稱晶格常數（lattice constant）與所考慮光子的波長之量值相當時，所造成的強散射效應（strong scattering effect），便可能形成一光帶隙（photonic bandgap）。所謂光帶隙，為一模密度（density of mode）為零之波長或頻率的範圍。故當一光子的波長或頻率位於此光帶隙中，此光子便無法在此一光子晶體內傳播。如此一來，光子在此一光子晶體中的運動，就如同電子在一具禁帶隙（forbidden bandgap）之半導體中的運動一般，當光子的能量與傳播方向處於光帶隙中，其傳播便會受到限制。此一具有光帶隙的光子晶體，稱為光子帶隙晶體（photonic bandgap crystal；PBG）。

光子帶隙晶體中的光帶隙，有限制某頻率範圍的光在某些方向傳播的特性。如果當一光帶隙在某頻率範圍內，對任一空間方向皆能限制其光子的傳播，則此種光子晶體便具有全光帶隙（complete photonic bandgap）。最初，Eli. Yablonovitch於1987所提出的光子晶體之概念，就是源於此全光帶隙的特性，來限制光的幅射和完全抑制一個光源在此種光子晶體中的自發射（spontaneous emission）1,2。此外光子晶體除了有可限制光傳播的特性外，另一個與半導體類似的特性，就是可加入缺陷（defect）或是impurity於晶格中，而在光帶隙中產生局部模（local mode），例如增加或移走一些晶體子以破壞晶體的週期性，使得原本位於光帶隙中的光子可藉其局部模而傳播。這機制就如同半導體的doping一般，可在禁帶隙中產生能階。

《圖一　光子晶體為一在空間中具週期變化之幾何結構，其周期性可為(a)一維；(b)二維；(c)三維。》

本篇文章將就光子晶體的理論基礎及應用，作一簡單地介紹。
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