Investigations of disorder, extraordinary transmission, and polarization conversion in photonic crystals

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Im Verlauf der letzten zwei Dekaden wuchs der Bedarf an neuen Technologien zur Beeinflussung der Lichtausbreitung auf der Mikrometer-Skala deutlich an. Eine vielverspechende Technologie beruht auf den sogenannten Photonischen Kristallen (PhC) – Strukturen, in denen die Dielektrizitätskonstante örtlich periodisch ist. PhC können Frequenzbereiche mit Totalreflexion - “Photonische Bandlücken” aufweisen. Außerdem können die optischen Eigenschaften der PhC, etwa die Lage der Bandlücken, durch Veränderung der Geometrie, aber auch dynamisch, verändert werden. Diese Arbeit behandelt wesentliche Aspekte der PhC und deren Relevanz für Anwendungen. Ein solcher Aspekt ist die Auswirkung von Unordnung in der Kristallstruktur. Diese wurde an nominell ein-dimensionalen (1D) Strukturen mit Oberflächenrauheit untersucht. Die berechneten Spektren der Transmission zeigen eine hohe Widerstandsfähigkeit der untersten Bandlücke gegenüber der Oberflächenrauheit. Bei höheren Frequenzen wird der Einfluss der Rauheit deutlicher: die Lücken weren schmäler und die Transmission dort größer; in den Bereichen dazwischen werden die Fabry-Perot Muster verschmiert und der Mittelwert der Transmission sinkt. Experimentelle Spektren weisen eine gute Übereinstimmung mit den Berechnungen auf. Dies bestätigt, dass auf diese Weise auf schnelle Weise festgestellt werden kann, inwieweit Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung Einfluss auf die Transmissions- und Reflexions-eigenschaften eines 1D PhC haben. Weiters wurde der Effekt der Unordnung an 3D kolloidalen PhC aus Quarz-Mikrokugeln mit krz Gitter mit FDTD Rechnungen untersucht. Bei den Radien hatten nur Variationen von mehr als 40% einen deutlichen Einfluss auf die (110) Bragg-Reflexions-Maxima. Bei positioneller Unordnung wirkten sich nur Verschiebungen der Kugeln aus den (110)-Ebenen heraus. Erst eine Leerstellendichte von 20% bewirkte eine deutliche Erniedrigung, aber keine Verbreiterung, der Maxima. Schließlich wurden der EOT-Effekt (außerordentliche Transmission) und die Umwandlung der Polarisation durch einseitig goldbeschichtete Plättchen mit PhC Struktur untersucht. Es wird gezeigt, dass diese Effekte in der resonanten Kopplung zu bestimmten Eigenmoden der Struktur mit Dipolsymmetrie begründet sind. Diese Moden sind in einem Bereich weniger µm unter der Goldschicht lokalisiert und dort normal zur ursprünglichen Richtung polarisiert. Abgesehen vom theoretische Interesse können die behandelten Effekte zur Verbesserung der Empflindlichkeit sogenannter QWIP-Photo-Detektoren, zur Kopplung von Strahlung an integrierte Photonik, oder für (wenn auch schmalbandig) transparente Metall-Kontakte verwendet werden.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchungen zu Unordnung, außerordentlicher Transmission, und Polarisationsumwandlung in Photonischen Kristallen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2011