光子晶体是一由具有高低不同介电系数的介电材料或是金属材料所组成的周期结构，其结构的周期性，可为一维、二维或是三维，如(图一)所示。当其不同的介电系数相差够大，且其周期或称晶格常数（lattice constant）与所考虑光子的波长之量值相当时，所造成的强散射效应（strong scattering effect），便可能形成一光带隙（photonic bandgap）。所谓光带隙，为一模密度（density of mode）为零之波长或频率的范围。故当一光子的波长或频率位于此光带隙中，此光子便无法在此一光子晶体内传播。如此一来，光子在此一光子晶体中的运动，就如同电子在一具禁带隙（forbidden bandgap）之半导体中的运动一般，当光子的能量与传播方向处于光带隙中，其传播便会受到限制。此一具有光带隙的光子晶体，称为光子带隙晶体（photonic bandgap crystal；PBG）。

光子带隙晶体中的光带隙，有限制某频率范围的光在某些方向传播的特性。如果当一光带隙在某频率范围内，对任一空间方向皆能限制其光子的传播，则此种光子晶体便具有全光带隙（complete photonic bandgap）。最初，Eli. Yablonovitch于1987所提出的光子晶体之概念，就是源于此全光带隙的特性，来限制光的幅射和完全抑制一个光源在此种光子晶体中的自发射（spontaneous emission） 1,2。此外光子晶体除了有可限制光传播的特性外，另一个与半导体类似的特性，就是可加入缺陷（defect）或是impurity于晶格中，而在光带隙中产生局部模（local mode），例如增加或移走一些晶体子以破坏晶体的周期性，使得原本位于光带隙中的光子可借其局部模而传播。这机制就如同半导体的doping一般，可在禁带隙中产生能阶。

《图一 光子晶体为一在空间中具周期变化之几何结构，其周期性可为(a)一维；(b)二维；(c)三维。》

本篇文章将就光子晶体的理论基础及应用，作一简单地介绍。
...
...