Mikroskopie und Spektroskopie an photonischen Kristallen : Einschluss von Licht auf Subwellenlängen-Bereiche

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die optische Untersuchung von<br />photonischen Kristallen mit gezielt eingefügten Defekten. Dazu wurde eine<br />neuartige Methode entwickelt, die es durch eine Kombination von Spektroskopie<br />und Nahfeldoptik erlaubt, die stark wellenlängenabhängigen Eigenschaften der<br />Strukturen mit hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen.<br /><br />Untersucht wurden fundamentale Defektstrukturen, die für die Verwirklichung von<br />integrierten optischen Schaltkreisen von großer Bedeutung sind: Punkt- und<br />Liniendefekte. Erstere stellen Resonatoren dar, die Licht auf kleinsten<br />Volumina einschließen können und Liniendefekte wirken als kleinste<br />Wellenleiter, in die sich weitere Bauelemente wie Knicke oder Strahlteiler<br />einfügen lassen.<br /><br />Die spektral und räumlich stark lokalisierten Moden eines<br />Punktdefekt-Mikroresonators wurden mit Hilfe eines weit durchstimmbaren optisch<br />parametrischen Oszillators angeregt. Durch Abrastern einer Faserspitze gegen<br />die Austrittsfläche des photonischen Kristalls konnte die Intensitätsverteilung<br />des transmittierten Lichtes abgebildet werden. Das Wiederholen dieser Messung<br />bei verschiedenen Wellenlängen ergab das Transmissionsspektrum der Struktur. Es<br />enthält zwei scharfe Resonanzen mit Gütefaktoren von 190 und 640.<br /><br />Um die Moden des Resonators abzubilden, wurde eine zweite Nahfeldsonde an die<br />Oberseite des photonischen Kristalls angenähert. Sie entzieht der Resonatormode<br />lokal Energie, so dass durch Abrastern der Oberfläche direkt die<br />Intensitätsverteilung im Resonator abgebildet werden konnte. Die Ausdehnungen<br />der Defektmode liegen deutlich unter einer optischen Wellenlänge.<br /><br />An einer Y-förmigen Struktur konnte nachgewiesen werden, dass sie als<br />hochintegrierter symmetrischer Strahlteiler wirkt. Abstandsabhängige Messungen<br />am Ausgang eines Liniendefekts zeigten, dass der Strahl nach der Struktur<br />weniger stark divergent war, als man von einer entsprechenden Apertur erwarten<br />würde.