Twentse onderzoekers sluiten licht op in fotonisch kristal

De opsluiting van fotonen in een 3D-holte kan bijdragen tot de ontwikkeling van miniatuurlasers en LED’s, optisch opslaan van informatie of gevoelige sensoren voor biomedische toepassingen.

Trefwoorden: #3D, #Devashish, #fotonica, #fotonische chips, #holte, #kristallen, #lasers, #LED's, #lichtsignalen, #nanocavity, #opslaan, #PIC's, #sensoren, #silicium, #spiegels, #Universiteit Twente, #Willem Vos

Lees verder

research

( Foto: Universiteit Twente )

ENGINEERINGNET.BE - Technieken om licht te ‘vangen’ staan aan de basis van fotonica. Een bekende ‘cavity’ bestaat uit twee spiegels waartussen een staande golf ontstaat van een bepaalde kleur licht, afhankelijk van de afstand tussen de spiegels. Dat is ook het principe van een laser.

Maar licht dat naar de zijkant weglekt, wordt niet meer door de spiegels gereflecteerd. Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben daarom een 'miniatuur gevangenis' voor fotonen ontwikkeld, ofwel een nanocavity.

Dit is een uiterst kleine holte die van alle kanten wordt omgeven door spiegels in de vorm van driedimensionale fotonische kristallen. Deze bestaan uit poriën die diep in silicium zijn geëtst, in twee richtingen loodrecht op elkaar.

De twee poriën hebben elk een andere diameter. Waar ze elkaar kruisen, ontstaat de holte. Aan alle kanten wordt de holte omgeven door de regelmatige kristalstructuur: voor het foton is er geen ontkomen aan.

Onderzoeker Devashish: “Onze berekeningen tonen aan dat in het kleine volume van de holte de lichtenergie tot wel 2.400 maal zo groot is als buiten het kristal. En dat voor een structuur die nog geen 1,5 micrometer groot is.”

Door de regelmaat in de structuur plaatselijk aan te passen, blijkt het kristal ook een aanzienlijke absorptie te laten zien van licht in het zichtbare gebied, tot tienmaal de absorptie van ‘onbehandeld’ silicium.

“Die sterke absorptie, in een heel klein volume, is een mooie eigenschap voor sensoren. De grote dichtheid van poriën maakt het kristal ook nog eens lichtgewicht”, aldus prof. Willem Vos, die de groep Complex Photonic Systems leidt.

De kristallen zijn te integreren in de huidige siliciumtechnologie. De cavities zullen naar verwachting een belangrijke rol spelen in fotonische chips: PIC’s (photonic integrated circuits) voor het opslaan en bewerken van lichtsignalen.