1992年9月21日，中国政府决定实施载人航天工程，并确定了“三步走”战略。第一步，发射载人飞船，并开展空间应用实验。第二步，实现载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，并发射一个空间实验室。第三步，建造载人空间站。

郭丽丽介绍说：“中国科学院空间科学与应用系统从载人航天工程第一步任务开始，经过十多年的不懈努力，开展了近百项科学及应用研究。到了载人航天工程第二步，将开展更大规模的空间应用，而在天宫一号上开展空间科学实验和应用研究就是工程第二步第一阶段的四大基本任务之一。”

天宫一号于2011年9月29日发射升空，现在已在轨道上飞行了近10个月，先后迎来了神舟八号和神舟九号飞船。除了作为目标飞行器完成与神舟飞船的对接任务以外，天宫一号作为我国未来空间实验站的雏形，本身就是一个开展空间科学实验的平台。实际上，天宫一号在轨飞行期间，一直进行着科学实验和应用研究，主要包括空间材料科学实验、地球环境监测、空间环境监测等。

光子晶体空间结晶

神舟九号与天宫一号成功对接后，航天员刘洋等在天宫一号的实验舱内开展了一系列航天医学实验，引起大家的关注。其实，很多人不知道的是，在这个密封实验舱内同时还进行着另一项科学实验，那就是有关光子晶体的材料科学实验。

这个实验采用类似“遥科学”的方式开展，不需要航天员干预。今后类似的实验可能会涉及航天员在轨更换样品等操作。

天宫一号的空间材料科学实验，研究的是光子晶体在空间微重力环境中的生长和特性。那么，什么是光子晶体？它有什么用处？为什么要对它进行研究？

我们知道，晶体是质点（如原子、分子等）在三维空间呈周期性重复排列而形成的具有一定规则的几何外形的固体。我们所熟悉的盐、雪花、石英、钻石等都是晶体。

现在各种电子产品中所使用的半导体器件，其主要材料单晶硅，也是一种晶体。半导体器件的集成度越来越高，已经快要接近技术的极限，人们迫切需要找到更好的新材料来取代它。半导体材料是通过利用和控制电子的运动来进行工作的，而光子具有电子所没有的特性，如速度快、没有相互作用等，那么是否可以开发出通过控制光子的运动进行工作的材料呢？答案是肯定的，这就是光子晶体。

光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念和新材料。人们希望利用它来实现光的开关，进而研制光的逻辑器件。

用不同折射率的介质构成周期性排列的结构，如果其排列周期与电磁波的波长处于同一量级，那么电磁波在这种介质中传播时就会受到调制而形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带。光子能带之间可能出现带隙，即光子带隙。具有光子带隙的周期性结构就是光子晶体。

光子带隙是指一个频率范围，在这个频率范围里的电磁波不能在这个光子晶体里传播，而频率位于能带里的电磁波则能在光子晶体里几乎无损地传播，这类似于半导体晶体对于电子行为的影响。这样，通过对光子晶体结构进行设计，就可以实现对光子流的控制。

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