Kijken naar verboden licht

Zij publiceren hun methode in Optics Express.

Fotonische kristallen hebben ongekende mogelijkheden om licht te manipuleren, gebruikmakend van silicium. Dat materiaal zelf is echter minder geschikt om licht te beïnvloeden, omdat het transparant is voor licht in de kleuren die in de telecommunicatie worden gebruikt. Een fotonisch kristal krijgt bij de fabricage daarom een inwendige structuur die bepaalde lichtkleuren tegenhoudt. Hierdoor zijn de werelden van elektronica en fotonica te koppelen.

1400 – 1750 nm

Een kristal krijgt de juiste handtekening dankzij een patroon van poriën die perfect periodiek zijn en de breking van licht beïnvloeden. Toch weten we als het kristal is gefabriceerd nog niet wat het precieze resultaat is. Leiden de afmetingen van de poriën tot het gewenste resultaat of heeft het fabricageproces geleid tot kleine afwijkingen? Het is onmogelijk om dit allemaal in modellen en simulaties te vangen.

In alle hoeken en gaten

Manashee Adhikary en haar collega’s kiezen daarom voor een experimentele benadering om het kristal te karakteriseren. Dit levert feedback op om het ontwerp en de fabricage te optimaliseren. Ze hebben fotonische kristallen gefabriceerd met een poriënstructuur die leidt tot een bandgap die typisch in het telecomgebied valt. Die structuur heet ook wel ‘inverse woodpile’, het zijn diepe poriën alsof het gestapelde holle boomstammen zijn. Door licht op het kristal te schijnen, van een grote bandbreedte en veel invalshoeken, zien de onderzoekers het licht in het verboden gebied reflecteren. Zo is het verboden gebied exact vast te leggen. Ze doen dit voor twee polarisatierichtingen van het invallend licht, loodrecht op elkaar. De richting zou namelijk niet mogen uitmaken voor de breedte van de gap, en de experimenten bevestigen dat. Een kristal van hoge kwaliteit zou meer dan 90 procent moeten reflecteren in de verboden band. Ook dit bevestigen de experimenten.

De nieuwe ‘probe’ techniek maakt het mogelijk om de kwaliteit van een fotonisch kristal snel te testen, zodat de fabricagetechniek zo nodig is bij te stellen. De kristallen zijn dan nog beter op maat te maken voor nieuwe toepassingen in bijvoorbeeld opto-elektronica en kwantumfotonica.