EO

Fotonen in het gevang: onderzoekers sluiten licht op in fotonisch kristal

04 maart 2019 om 13:44 uur

Een miniatuur gevangenis voor fotonen: dat is de nanocavity die onderzoekers van de Universiteit Twente hebben ontdekt. Het is een uiterst kleine holte die van alle kanten wordt omgeven door een fotonisch kristal, een structuur van poriën die loodrecht op elkaar staan. De opsluiting van fotonen in een 3D-holte kan leiden tot efficiënte miniatuurlasers en Leds, tot het optisch opslaan van informatie of tot gevoelige sensoren voor biomedische toepassingen.


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. Kun je dat voorkomen door een foton te omgeven door spiegels in drie dimensies? Dat kan, aldus de UT-onderzoekers, die hun vinding presenteren in in Physical Review B, een van de journals van de American Physical Society. De spiegels zijn in dit geval driedimensionale fotonische kristallen. Die bestaan uit poriën die diep in silicium zijn geëtst, in twee richtingen loodrecht op elkaar.

 

Bewust verstoren

Fotonische kristallen staan al bekend om hun bijzondere licht-eigenschappen. De structuur en de regelmaat van de poriën is zo opgebouwd dat alleen licht van bepaalde golflengten zich kan voortplanten. Maar hoe maak je dan, diep in die structuur, een onregelmatigheid, zodat het foton wordt opgesloten? In hun publicatie laten de UT-onderzoekers zien dat dit kan door twee poriën, loodrecht op elkaar, bewust een andere diameter te geven. 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 2400 maal zo groot is als buiten het kristal. En dat voor een structuur die nog geen 1,5 micrometer groot is."

 

Lichtgewicht

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 - we noemen dat ook wel holeyness", aldus Willem Vos, die de groep Complex Photonic Systems leidt. De kristallen zijn ook te integreren in de huidige siliciumtechnologie.

 

Lichtchips

Eerder lieten de onderzoekers al zien dat de fotonische kristallen die een diamantstructuur hebben, licht kunnen reflecteren over een zeer breed kleurenspectrum, voor alle hoeken. Dit onderzoek stond aan de basis voor de nieuwe vinding die nu is gepresenteerd. De cavities zullen naar verwachting ook een belangrijke rol spelen in fotonische chips voor het opslaan en bewerken van lichtsignalen.

 

Gerelateerd nieuws

‘Kippengaas’ verbetert batterij, katalysator, brandstofcel en waterstofproductie

‘Kippengaas’ verbetert batterij, katalysator, brandstofcel en waterstofproductie

Efficiëntere batterijen, betere katalysatoren, brandstofcellen of waterstofproductie. Dat denken imec en de KU Leuven binnen bereik te hebben gebracht met nieuw, extreem regelmatig 3D metaalrooster op nanometerschaal.…

Als schepen konden praten

Als schepen konden praten (video)

De Rotterdamse haven kan de grootste containerschepen ter wereld aan, maar de doorvoer van de duizenden containers die zo’n schip vervoert, veroorzaakt files op water, weg en spoor. Als schepen en andere…

Elektrische bussen en taxi's worden gevoed met de rem-energie van treinen

Elektrische bus rijdt op rem-energie trein

Wat als je de rem-energie van treinen kan oogsten en gebruiken om bussen en taxi’s mee op te laden? Aan dat concept werkt het Nederlandse bedrijf Hedgehog Applications al sinds 2012. Binnenkort start een pilotproject…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Pilz configureerbare besturingssystemen volop in ontwikkeling

De configureerbare besturingssystemen PNOZmulti 2 van Pilz hebben veel functies en zijn flexibel inzetbaar. U kunt de...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

26 maart 2019, Veenendaal

Industrial Ethernet 2019

Industrial Ethernet biedt voordelen als snelheid, kostenreductie, diagnose mogelijkheden en remote...

Meer agendapunten »