Photonische Kristalle

Photonische Kristalle sind periodische Anordnungen von dielektrischen Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex

Photonische Kristalle sind periodische Anordnungen von dielektrischen Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex, deren Dimensionen in Ausbreitungsrichtung vergleichbar mit der Wellenlänge der betrachteten elektromagnetischen Welle sind. Solche Strukturen besitzen ein komplexes photonisches Banddiagramm, das für die beiden orthogonalen Polarisationszustände TE (transversal elektrisch) und TM (transversal magnetisch) unterschiedlich ist, und können daher eine Vielfalt von Phänomenen aufweisen, die auch für Anwendungen in der optischen Nachrichtenübertragung interessant sind. Einer der bekannten Effekte in photonischen Kristallen ist die Existenz einer Bandlücke, wo sich die elektromagnetische Welle in einem bestimmten Frequenzbereich nicht ausbreiten kann. Außerdem können die photonischen Kristalle unter bestimmten Bedingungen einen negativen Brechungsindex haben. Dies kann z.B. zur Fokussierung genutzt werden, um Licht besser in einen Wellenleiter einkoppeln zu können.

Der Effekt der negativen Brechung kann auch verwendet werden, um eine physikalische Auftrennung der beiden orthogonalen Polarisationszustände zu erreichen und daraus einen integrierten Polarisationsteiler zu bauen. Die Parameter des photonischen Kristalls müssen dann so dimensioniert werden, dass der eine Polarisationszustand negativ und der andere Polarisationszustand positiv gebrochen wird.

Am Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik wurden einige dieser grundlegenden Eigenschaften im Mikrowellenbereich um 10 GHz untersucht. Aufgrund der Wellenlänge können die Phänomene an makroskopischen Strukturen, die sich in einer feinmechanischen Werkstatt herstellen lassen, untersucht werden. Bei entsprechender geometrischer Skalierung können dann die Eigenschaften der Strukturen bei typischen Telekom-Wellenlängen (1,55 µm) abgeschätzt werden

Polarisationsteiler aus photonischem Kristall
Polarisationsteiler aus photonischem Kristall

Publikationen

  1. 2010

    1. W. Sfar Zaoui, S. Klinger, W. Vogel, and M. Berroth, “Photonic crystal polarization beam splitter in Silicon-On-Insulator platform,” in Joint Symposium on Opto- and Microelectronic Devices and Circuits (SODC), Berlin, Germany, 2010, pp. 75--78.
  2. 2008

    1. A. Rumberg, W. Sfar Zaoui, and M. Berroth, “Focusing and Coupling into Dielectric Waveguides with Dielectric and Metallic Photonic Crystals,” in German Microwave Conference (GeMIC), Hamburg, Germany, 2008, pp. 424--427.
  3. 2006

    1. J. Li, A. Rumberg, W. Vogel, and M. Berroth, “Metal/oxide-based Photonic Crystal Waveguide Structure and Its Applications in Photonic Devices,” in Joint Symposium on Opto- and Microelectronic Devices and Circuits (SODC), Duisburg, Germany, 2006, pp. 45--52.
    2. A. Rumberg, E. Dörner, and M. Berroth, “Focussing by Negative-Index Effect in Two-Dimensional Photonic Crystals in a High-Index-Contrast Material System,” in European Microwave Conference (EuMC), Manchester, UK, 2006, pp. 784--787.

Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Wolfgang Vogel
Dr.-Ing.

Wolfgang Vogel

Akademischer Oberrat / Stellvertretender Institutsleiter

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