Mikroskopie und Spektroskopie an photonischen Kristallen : Einschluss von Licht auf Subwellenlängen-Bereiche
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Zusammenfassung
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die optische Untersuchung von
photonischen Kristallen mit gezielt eingefügten Defekten. Dazu wurde eine
neuartige Methode entwickelt, die es durch eine Kombination von Spektroskopie
und Nahfeldoptik erlaubt, die stark wellenlängenabhängigen Eigenschaften der
Strukturen mit hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen.
Untersucht wurden fundamentale Defektstrukturen, die für die Verwirklichung von
integrierten optischen Schaltkreisen von großer Bedeutung sind: Punkt- und
Liniendefekte. Erstere stellen Resonatoren dar, die Licht auf kleinsten
Volumina einschließen können und Liniendefekte wirken als kleinste
Wellenleiter, in die sich weitere Bauelemente wie Knicke oder Strahlteiler
einfügen lassen.
Die spektral und räumlich stark lokalisierten Moden eines
Punktdefekt-Mikroresonators wurden mit Hilfe eines weit durchstimmbaren optisch
parametrischen Oszillators angeregt. Durch Abrastern einer Faserspitze gegen
die Austrittsfläche des photonischen Kristalls konnte die Intensitätsverteilung
des transmittierten Lichtes abgebildet werden. Das Wiederholen dieser Messung
bei verschiedenen Wellenlängen ergab das Transmissionsspektrum der Struktur. Es
enthält zwei scharfe Resonanzen mit Gütefaktoren von 190 und 640.
Um die Moden des Resonators abzubilden, wurde eine zweite Nahfeldsonde an die
Oberseite des photonischen Kristalls angenähert. Sie entzieht der Resonatormode
lokal Energie, so dass durch Abrastern der Oberfläche direkt die
Intensitätsverteilung im Resonator abgebildet werden konnte. Die Ausdehnungen
der Defektmode liegen deutlich unter einer optischen Wellenlänge.
An einer Y-förmigen Struktur konnte nachgewiesen werden, dass sie als
hochintegrierter symmetrischer Strahlteiler wirkt. Abstandsabhängige Messungen
am Ausgang eines Liniendefekts zeigten, dass der Strahl nach der Struktur
weniger stark divergent war, als man von einer entsprechenden Apertur erwarten
würde.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
This thesis describes the optical investigation of photonic crystals containing
implemented defects. The highly wavelength dependent properties of the
structures have been studied with high spatial resolution using a novel method
which combines spectroscopic and near-field optical techniques.
Here, fundamental defect structures have been examined, which are of great
interest for the realization of integrated optical circuits: point defects and
line defects. The former represent resonators, that can confine light to a very
small volume and the latter are the smallest optical waveguides that can be
realized and into which further elements can be implemented such as bends or
beam splitters.
The spectrally and spatially highly confined modes of a point defect micro
resonator were excited by a widely tunable optical parametric oscillator. By
scanning a fiber tip against the exit plane of the photonic crystal the
intensity distribution of the transmitted light could be imaged. Repeating this
measurement with different wavelengths resulted in the transmission spectrum of
the structure. It contains two sharp resonances with quality factors of 190 and
640.
In order to image the modes of the resonator, a second near-field probe was
approached to the top side of the photonic crystal. It extracts locally energy
from the resonator mode, so that by scanning the surface the intensity
distribution in the resonator could directly be imaged. The extension of the
defect mode is significantly smaller than the optical wavelength.
Investigations on a Y-shaped structure showed, that such a configuration works
as a highly integrated beam splitter. Distance dependent measurements at the
exit of a line defect showed that the beam transmitted by the structure much
less divergent than expected from a subwavelength aperture.
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ISO 690
KRAMPER, Patrick, 2002. Mikroskopie und Spektroskopie an photonischen Kristallen : Einschluss von Licht auf Subwellenlängen-Bereiche [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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