lichtausbreitung in photonischen kristallen aus

LICHTAUSBREITUNG IN PHOTONISCHEN
KRISTALLEN AUS LITHIUMNIOBAT
LIGHT PROPAGATION IN
LITHIUM NIOBATE PHOTONIC CRYSTALS
Im Zuge fortschreitender Miniaturisierung und Funktionali-
The growing need to miniaturize functional optical elements
sierung optischer Bauelemente tritt das Anliegen, nichtlineare
led to the objective to combine the fields of nonlinear and
und integrierte Optik zu verbinden, zunehmend in den
integrated optics. The efficiency of nonlinear optical effects,
Vordergrund. Die Effizienz optisch nichtlinearer Effekte, wie
e. g. optic parametric oscillation, is enhanced by decreasing
bspw. optisch parametrischer Oszillation, wird verstärkt, wenn
the interaction volume of light and nonlinear medium.
Licht mit einem Medium auf kleinem Volumen wechselwirkt.
Eine Realisierungsmöglichkeit hierfür sind photonische
Kristalle, die aus hexagonal angeordneten Luftlöchern in einer
etwa 500 nm dicken Membran bestehen. Licht kann hier
durch Weglassen einzelner Löcher oder ganzer Lochreihen
in Linien- oder Punktdefekten lokalisiert werden. Als optisch
nichtlineares Material wird Lithiumniobat verwendet. Zur
Strukturierung von Lithiumniobat entwickelten wir das
ionenstrahlverstärkte Ätzen, das es ermöglicht, beliebige
elektronenstrahllithographisch definierte Geometrien in
freischwebende Membranen zu übertragen |1|. Die optische
Charakterisierung photonischer Kristalle mit Liniendefekt
erfolgte durch optische Rasternahfeldmikroskopie (Abb.1).
1 REM Aufnahme eines photonischen Kristalls mit Liniendefekt in Lithiumniobat (LN).
| SEM images of a photonic
crystal with line defect in lithium niobate (LN) |2|.
82
I N F O R M AT
E NI O
ER
NGUI EN D
U NSD
I CU
HM
E RW
HEELT
IT
E INNEFROGRYMAAT
N IDO E
NNAVN
I RDOSNAMF E N
TY
T
Exemplarisch in Abb. 2 dargestellt, erkennt man deutlich
One way to implement this concept is the use of photonic
die gewünschte Lokalisierung des eingekoppelten
crystals formed by a hexagonal lattice of air holes in a 500 nm
Lichts entlang des Liniendefekts |2|. Diese Ergebnisse
thick membrane. By omitting single holes or complete lines
befähigen uns, auch noch komplexere Strukturen für
of holes, light can be localized to those point or line defects.
Anwendungen in der nichtlinearen Optik umzusetzen.
Lithium niobate was selected as an optically nonlinear material
system. Ion-beam enhanced etching has been developed for
Literatur/References
the patterning of lithium niobate, which allows for the transfer
|1| Hartung, H. et al.: Ultra thin high index contrast photonic
of arbitrary geometries, defined by electron beam lithography,
crystal slabs in lithium niobate, Opt. Mat. 33, 19 (2010).
|2| Geiss, R. et al.: Light propagation in a free-standing
into suspended membranes |1|. A photonic crystal with line
defect was characterized optically by scanning near-field
lithium niobate photonic crystal waveguide,
microscopy (Fig. 1). In an example in Fig. 2 the desired localiza-
Appl. Phys. Lett. 97, 131109 (2010).
tion of light coupled to the structure along the waveguide
can be seen clearly |2|. Now, those results enable us to realize
more complex structure for the application in nonlinear optics.
AUTHORS
Reinhard Geiß 1
Séverine Diziain 1
Frank Schrempel 1
Thomas Pertsch 1
Ernst-Bernhard Kley 1
1
Institut für Angewandte Physik,
Friedrich-Schiller-Universität Jena
2 Topographie (oben) und optisches Nahfeld (unten) eines
photonischen Kristalls mit Liniendefekt bei 1400 nm.
CONTACT
|
Topography (top) and optical near-field (bottom) of a photonic
Reinhard Geiß
crystal with line defect at 1400 nm |2|.
Phone +49 3641 947-833
[email protected]
83