Plusieurs paramètres caractérisent un cristal photonique : 

                                                  Dimensionnalité de la périodicité: 
 
                     
                 Représentations schématiques de cristal photonique où l’indice de réfraction varie périodiquement suivant une, deux ou trois dimensions. Les zones rouges et jaunes représentent des régions d’indices de réfraction différents. 
 
        Cette caractéristique est déterminée par la périodicité de l’indice de réfraction. Le cristal photonique peut être : 
       -1D (ou miroir de Bragg) et possède une permittivité électrique périodique dans une direction et uniforme dans les deux autres directions. Il consiste en un empilement alterné de couches minces de matériaux diélectriques d’indices suffisamment différents;

 
                                         
                                  Schéma d’un cristal photonique 1D : miroir de Bragg. 
 
            -2D: il s’agit d’un réseau de trous sur une surface périodique suivant deux directions de l’espace (et théoriquement infinies suivant la troisième). Les propriétés optiques des structures bidimensionnelles sont fortement dépendantes de la polarisation de l’onde électromagnétique. 
 
               
                                      (a)                                                     (b)

                            Structures bidimensionnelles: (a) connectée n1<n2 (b) déconnectée n1>n2 
 

             -3D : structures dont la permittivité diélectrique est structurée périodiquement dans les trois directions. C’est-à-dire que pour chaque fréquence, la propagation est possible selon toutes les directions. Son objectif est d’obtenir une bande interdite complète pour toutes les directions de l’espace afin d’empêcher l’émission spontanée de la lumière. 

                           
                                           (a)                                    (b)

         (a) Image MEB d’une structure Tas de bois  
         (b) La Yablonovite, du nom de son concepteur, une des premières structures 3D 

                                                   Le paramètre du réseau:

            C’est la distance entre deux particules constitutives. Il détermine la région spectrale où le cristal photonique interagit avec l’onde électromagnétique: cela veut dire que si l'on veut avoir une interaction dans le domaine infra-rouge, il faut que l'espace entre 2 particules soient dans cette ordre de grandeur. 

                                                    Paramètres des particules:

Les particules composant le cristal doivent être monodisperses (cela veut dire qu’elles doivent être de la même taille) et espacées uniformément. C'est une condition primordiale.

                                                  Bandes interdites photoniques: 

             La périodicité des indices optiques fait apparaître le phénomène de bandes interdites photoniques. L’étude de ces BIPs montrent que le comportement des photons dans le cristal peut-être autorisé ou au contraire interdit selon les gammes de fréquences utilisées. En clair, les photons ne peuvent pas traverser le cristal avec n’importe quelle énergie et n’importe quelle direction. On donnera plus de détails dans le chapitre Résultats. 

                                                          Création d’un CP3D: 

            Lorsqu’on veut fabriquer un cristal photonique 3D, on veut que ses propriétés optiques soient dans le domaine visible du spectre électromagnétique. Malheureusement, on se heurte à la difficulté pratique d’assembler des structures périodiques inférieures au micromètre (gamme de longueurs d’onde du spectre visible) afin d’obtenir une taille globale supérieure au millimètre voir au centimètre (pour des raisons pratiques). Voilà pourquoi les premiers cristaux photoniques ont été réalisés pour des longueurs d’onde millimétriques: en effet, il suffit que la distance et la taille des particules soient dans la gamme millimétrique. Par exemple, l’un des tout premier cristal photonique 3D a été obtenu en perçant dans du plexiglas trois séries de cylindres parallèles disposés suivant un réseau hexagonal. Les cylindres de ces trois réseaux font un angle de 35° par rapport à la verticale, et un angle de 120° entre eux. Cette structure est aussi appelée « yablonovite ».

                                                Principe de création de la Yablonovite

             Mais, aujourd’hui, la plupart des procédés de micro-fabrication sont des procédés de couches minces. C’est à dire que des couches sont déposées une à une et gravées de façon à former un réseau périodique (comme par exemple la structure Tas de bois).  
Cependant, d’autres méthodes de fabrication de structures périodiques 3D existent. Par exemple, dans le domaine optique, ce sont les progrès effectués dans les domaines de la lithographie et de la gravure en microélectronique qui ont permis de réaliser des cristaux photoniques de période submicrométrique. Mais ces techniques ne permettent pas d’obtenir des échantillons de quelques millimètres. C’est pourquoi, les efforts d’élaboration de structures de périodicité inférieure au micromètre se sont tournés vers des voies « naturelles » qui reposent sur l’auto-assemblage des particules. 

           Pendant ce stage, on a synthétisé notre cristal photonique 3D en utilisant les propriétés d’auto assemblage de particules colloïdales de silice, le détail des différentes techniques utilisées lors du stage sont dans le chapitre Fabrication.