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

Uitvinder van het één-na-zwartste zwart zoekt geld voor een fabriek

Uitvinder van het één-na-zwartste zwart zoekt geld voor een fabriek

Vijf jaar experimenteren met polymeren, oplosmiddelen, matteringsmiddelen en pigment heeft kunstenaar Stuart Semple erop zitten. En eindelijk is het resultaat naar wens. Hij heeft een zwart gebrouwen dat bíjna even…

Uitklapbare energietoren voor festivals klaar voor de praktijk

Uitklapbare energietoren voor festivals klaar voor de praktijk

Vrijwel alle festivals in Europa krijgen hun stroom van dieselgeneratoren. Als duurzaam alternatief ontwikkelden TU/e-onderzoekers samen met 9 bedrijven een 21 meter hoge, uitklapbare toren met zonnecollectoren en een…

Perovskiet zonnepanelen voor het eerst stabiel

Perovskiet zonnepanelen voor het eerst stabiel

Een studie onder leiding van de KU Leuven legt voor het eerst uit hoe perovskieten gestabiliseerd kan worden. De stabilisatie maakt de kristallen zwart, waardoor ze zonlicht kunnen absorberen. Deze bevinding kan leiden…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

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

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

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

22 augustus 2019, vianen

Praktijkdag Performance Level (PL) ISO 13849-1

Na de theoriedag PL/SIL of module 4: Ontwerpen besturingstechnische veiligheidsmaatregelen van de...

23 augustus 2019

Praat mee over een toekomstbestendige machinerichtlijn

Nederland levert een bijdrage aan een impact-assessment betreffende de nieuwe Europese Machinerichtlijn...

2 september 2019, D&F kantoor Breda

Performance Level en Sistema 2.0

Meer agendapunten »