光子晶體是周期性的光學納米結構影響的運動光子在大致相同的方式，離子晶格影響電子在固體。在自然界中，光子晶體以結構著色和動物反射器的形式出現，并且以不同的形式有望在一系列應用中有用。

1887年，英國物理學家雷利勛爵（Lord Rayleigh）對周期性多層電介質疊層進行了實驗，表明它們在一個維度上具有光子帶隙。Eli Yablonovitch和Sajeev John在1987年對具有一個以上維度的周期性光學結構進行了研究，研究興趣隨之增長。

可以制造一維、二維或三維的光子晶體。一維光子晶體可以由沉積或粘附在一起的層制成。二維的可以通過光刻或在合適的基板上鉆孔來制成。三維模型的制造方法包括以不同角度鉆孔，在彼此之上堆疊多個2-D層，直接進行激光寫入，或例如促使球體自組裝成矩陣并溶解球體。

原則上，光子晶體可以在必須操縱光的地方找到用途。現有的應用包括帶有鏡片涂層的薄膜光學器件。二維光子晶體光纖用于非線性設備中并引導奇異波長。三維晶體有一天可能會用于光學計算機。三維光子晶體可能會導致更高效的光伏電池作為電子設備的電源，從而減少了對電力輸入的需求。

光子晶體是由周期性的電介質，金屬-電介質-或甚至超導體微結構或納米結構影響電磁波以相同的方式，該傳播周期性電勢中一個半導體晶體會影響電子通過定義允許的和禁止的電子能帶。光子晶體包含規則重復的高和低介電常數區域。光子是否傳播通過該結構，取決于其波長。傳播的波長稱為模式，以及允許的模式組組成頻段。不允許的波長帶稱為光子帶隙。這引起了獨特的光學現象，例如抑制自發發射、高反射全向鏡和低損耗波導。直覺上，光子晶體的帶隙可以理解為是由于在高和低介電常數區域的界面處在晶體中傳播的光的多次反射的破壞性干涉而產生的，類似于固體中電子的帶隙。

光子晶體結構的周期性必須大約是要衍射的電磁波波長的一半。對于在光譜的可見光部分工作的光子晶體，此范圍約為?350 nm（藍色）至?650 nm（紅色），具體取決于平均折射率，甚至更低。因此，必須以這種規模制造高和低介電常數的重復區域，這是困難的。

制造方法取決于光子帶隙必須存在的尺寸數。

在一維光子晶體中，可以將不同介電常數的層沉積或粘附在一起，以在單個方向上形成帶隙。甲布拉格光柵是這種類型的光子晶體的示例。一維光子晶體可以是各向同性或各向異性的，后者具有用作光開關的潛力。

一維光子晶體可以形成為無限數量的填充有超材料和真空的平行交替層。這為TE和TM模式產生相同的光子帶隙（PBG）結構。

最近，研究人員制造了基于石墨烯的布拉格光柵（一維光子晶體），并證明它通過使用633 nm He-Ne激光作為光源來支持周期性結構中表面電磁波的激發。此外，還提出了一種新型的一維石墨烯-介電光子晶體。這種結構可以充當遠紅外濾波器，并可以支持用于波導和傳感應用的低損耗表面等離子體激元。摻雜有生物活性金屬的一維光子晶體也已提出作為細菌污染物的傳感設備。由聚合物制成的類似的平面一維光子晶體已用于檢測大氣中的揮發性有機化合物蒸氣。除了固相光子晶體外，某些具有定義順序的液晶還可以顯示光子顏色。例如，研究表明幾種具有短距離或長距離一維位置排序的液晶可以形成光子結構。

在二維上，可以在對帶隙設計為阻擋的輻射波長透明的襯底上鉆洞。孔的三角形和正方形晶格已成功使用。

的多孔光纖或光子晶體光纖可以通過利用玻璃的圓柱棒在六方點陣，然后加熱和拉伸它們制成，該三角形狀的玻璃棒之間氣隙成為限制模式中的孔。

已經構造了幾種結構類型：

• 鉆石晶格中的球體
• 亞布魯諾維特
• 用射線平版印刷術反復蝕刻木樁結構?–“桿”?，填充并覆蓋一層新材料。隨著該過程的重復，在每一層中蝕刻的通道都垂直于下面的層，并且與下面兩層的通道平行且異相。重復該過程，直到結構達到所需的高度為止。然后使用溶解填充材料但不溶解沉積材料的試劑溶解填充材料。通常很難在該結構中引入缺陷。
• 反蛋白石或反膠體晶體-球形（例如聚苯乙烯或二氧化硅）可以沉積到懸浮在溶劑中的立方密堆積晶格中。然后引入一種硬化劑，該硬化劑可以使溶劑占據的體積變成透明的固體。然后用諸如鹽酸的酸溶解球體。膠體可以是球形的或非球形的。包含超過750,000個聚合物納米棒。取決于偏振、聚焦在此分束器上的光會穿透或反射。

如果我們通過創建納米腔來部分消除對稱性，那么不僅帶隙，光子晶體還可能具有其他作用。此缺陷使您可以引導或捕獲具有與納米光子共振器相同功能的光，其特征是光子晶體中的強介電調制。對于波導，光的傳播取決于由光子帶隙提供的面內控制以及由介電失配引起的光的長時間限制。對于光阱，光被強烈地限制在空腔中，從而導致與材料的進一步相互作用。首先，如果我們在腔體內放一個光脈沖，它將延遲納秒或皮秒，這與腔的品質因數。最后，如果我們將發射器放置在腔體內，則發射光也會顯著增強，甚至共振耦合也會經歷拉比振蕩。這與腔量子電動力學有關，相互作用是由發射極和腔的弱耦合和強耦合定義的。對一維光子平板中的腔的最初研究通常是在光柵或分布式反饋結構中。對于二維光子晶體腔，它們對于在電信應用中制造高效的光子器件很有用，因為它們可以以小于波長模式的體積提供高達數百萬的高質量因子。對于三維光子晶體腔，已經開發了幾種方法，包括逐層光刻技術，表面離子束光刻技術和顯微操作技術。所有上述提到的緊密束縛光的光子晶體腔為集成光子電路提供了非常有用的功能，但是以允許它們容易地重新定位的方式來制造它們是具有挑戰性的。在解決這些問題的研究仍在進行的過程中，無法完全控制腔的創建，腔的位置以及相對于腔最大場的發射器位置。光子晶體中納米線的可移動腔是定制這種輕物質相互作用的解決方案之一。

高維光子晶體制造面臨兩個主要挑戰：

• 使它們具有足夠的精度以防止散射損耗使晶體特性模糊
• 設計工藝可以可靠地大量生產晶體

二維周期性光子晶體的一種有前途的制造方法是光子晶體光纖，例如帶孔光纖。使用為通信光纖開發的光纖拉伸技術可以滿足這兩個要求，并且光子晶體光纖可以從市場上買到。開發二維光子晶體的另一種有前途的方法是所謂的光子晶體平板。這些結構由一塊材料組成，可以使用半導體行業的技術對其進行圖案化。這樣的芯片提供了將光子處理與電子處理結合在單個芯片上的潛力。

對于三維光子晶體，已使用了各種技術，包括與用于集成電路的光刻和蝕刻技術相似的技術。這些技術中的一些已經可以商業獲得。為了避免納米技術方法的復雜機制，一些替代方法涉及從膠體晶體中生長光子晶體作為自組裝結構。

現在可以使用剪切組裝技術生產大規模3D光子晶體薄膜和纖維，該技術將200–300 nm的膠體聚合物球堆疊到fcc晶格的完美薄膜中。由于顆粒具有較軟的透明橡膠涂層，因此可以拉伸和模塑薄膜，從而調節光子帶隙并產生醒目的結構色彩效果。

光子晶體是用于控制和操縱光流的有吸引力的光學材料。一維光子晶體已經以薄膜光學的形式被廣泛使用，其應用范圍從鏡片和鏡子上的??低反射涂層和高反射涂層到變色的油漆和油墨。高維光子晶體對于基礎研究和應用研究都非常感興趣，而二維光子晶體正開始找到商業應用。

涉及二維周期性光子晶體的xxx批商業產品已經以光子晶體纖維的形式出現，與用于非線性設備和引導奇異波長的常規光纖相比，其使用微米級結構來束縛具有與根本不同的特性的光。三維對應物還遠未實現商業化，但當某些技術方面，如可制造性和主要困難得到控制時，它們可能會提供其他功能，如光學計算機中使用的光學晶體管的操作所需的光學非線性。