Les cristaux photoniques ouvrent la voie à diverses applications, parmi elles on peut noter 2 domaines:
1/Fibre à cristaux photoniques:
La fibre optique est un guide d’ondes diélectriques à symétrie circulaire. Une fibre classique est constituée d’un cœur d’indice nc entouré d’une gaine optique d’indice ng (figure 1). L’indice ng est inférieur à l’indice nc garantissant la condition de réflexion totale sur la gaine d’un rayon se propageant dans le cœur.
a) Fibre optique classique b) Schéma d’une fibre optique
Un nouveau type de fibre a vu le jour en 1996 : la fibre à cristaux photoniques.
En effet, les fibres PCF sont construites à partir d’une structure hexagonale de petits cylindres d’air autour d’un cœur qui peut être en silice ou constitué d’air, suivant l’utilisation que l'on compte en faire.
Structure microscopique de la fibre
Contrairement aux fibres classiques dans lesquelles la lumière est piégée dans le cœur par réflexion interne totale, les fibres PCF piègent la lumière dans le cœur suivant : la lumière incidente à l’interface cœur-gaine est fortement diffusée par les trous d’air. Pour certaines longueurs d’onde et certains angles d’incidence, ce phénomène de diffusion multiple peut engendrer des interférences constructives de tous les rayons revenant vers le cœur. Cet effet, basé sur le principe physique de bande interdite photonique, permet de fabriquer des fibres composées d’un noyau d’air et d’un matériau quelconque pour la gaine, ce qui est impossible conventionnellement puisqu’il n’existe aucun matériau ayant un indice de réfraction inférieur à celui du vide. Les caractéristiques de la bande interdite photonique ne permettent qu’à certaines longueurs d’onde d’être transmises. Si on introduisait de la lumière blanche dans une telle fibre, seule une partie des longueurs d’onde serait transmise. Aussi on observerait en sortie une lumière colorée correspondant aux seules longueurs d’onde transmises se trouvant dans des bandes permises.
2/L’industrie des télécoms:
Représentés comme une technologie révolutionnaire, les cristaux photoniques 3D ont été utilisés comme éléments de fabrication des réseaux télécoms .
Les chercheurs pensent que la lumière peut transmettre une bien plus grande quantité d’informations que ne le permet jusqu’ici l’électricité. C’est pour cette raison que le recours à la fibre optique se développe pour les usages Internet : téléphonie, surf, partages de photos, accès à la musique…
Mais à l’heure actuelle, cette technologie est encore freinée par un inconvénient majeur au niveau des ‘noeuds du réseau’. L’acheminement des informations à l’utilisateur final s’effectue encore par voie électrique.
Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheur (basée à Newton, USA) travaille au développement d’un cristal photonique capable de réfléchir uniquement les couleurs uniforme de la lumière blanche en fonction de l’angle d’observation. Ce phénomène est emprunté à la nature : les couleurs des ailes d’un papillon, par exemple, sont dérivées des propriétés des cristaux photoniques.
L’utilisation de cristaux photoniques serait extrêmement avantageuse pour les fabricants de composants de systèmes de télécommunication. Puisque les cristaux sont plus petits que les composants électriques, la taille et le prix des équipements s’en trouveraient considérablement réduits tout en offrant de meilleures performances.
Les composants et équipements basés sur les cristaux photoniques seraient également plus résistants et moins vulnérables aux radiations électromagnétiques.