Eksperimentel sonde af et komplet 3-D fotonisk båndgab

En krystal med et 3-D fotonisk båndgab er et kraftfuldt værktøj til at styre lys, med applikationer til nye typer solceller, sensorer og miniaturelasere. Inde i en menneskeskabt krystal som denne, en række lysbølgelængder er forbudt. Indtil nu, det karakteristiske bølgelængdeområde bestemmes ved hjælp af teoretiske modeller. Disse idealiserede modeller har klare mangler. Forskere ved University of Twente (MESA+) har nu udviklet en fuldt eksperimentel metode til at bestemme båndgabet, bogstaveligt talt at gøre det usynlige synligt. De præsenterer deres resultater i Optik Express , tidsskriftet for Optical Society of America.

Fotoniske krystaller åbner op for spændende nye måder at manipulere lys ved hjælp af silicium. Dette materiale i sig selv er ikke egnet til styring af lys, da den er gennemsigtig for lysets farver, der bruges i telekommunikation. Fotoniske krystaller har en særlig struktur, forbyder en række bølgelængder at passere igennem, derved tilføjer kontrol af lys i silicium og åbner mulighed for tilslutning af elektronik og fotonik.

At skabe disse krystaller med den ønskede "signatur" er et spørgsmål om nanoskala fremstilling, hvilket fører til et mønster af porer, der er perfekt periodisk. Stadig, hvad er resultatet? Hvordan matcher porestørrelse og "forbudt område"? Teori og simuleringer starter altid med nogle antagelser. Det er simpelthen umuligt at inkludere alle fabrikationsforstyrrelser, for eksempel.

Forskere ved University of Twente vælger derfor en tilgang, der er fuldt eksperimentel, hvilket giver værdifuld feedback til design- og fremstillingsprocessen. For det, de fremstillede 3-D fotoniske krystaller med et båndgab i det bølgelængdeområde, der typisk bruges i telekommunikation, også kaldet "inverse woodpile" strukturer. Ved at skinne lys over en bred båndbredde og over mange indfaldsvinkler, forskerne kan måle reflektivitet, identificere det nøjagtige område, der er forbudt. De gør dette for to polarisationer af inputlyset, vinkelret på hinanden. For begge polarisationer, bredden af ​​det fotoniske båndgab skal være den samme, hvilket bekræftes af målingerne. Krystaller af høj kvalitet skulle vise over 90 procent af reflektivitet i det forbudte bånd, som bekræftet af eksperimenterne.

Ved hjælp af den nye sonde teknik, forskere kan hurtigt evaluere kvaliteten af ​​en fotonisk krystal, gør det lettere at justere fremstillingsprocessen til nye og udfordrende applikationer inden for opto-elektronik og kvantefotonik.