En kristall med ett 3-D fotoniskt bandgap är ett kraftfullt verktyg för att styra ljus, med applikationer för nya typer av solceller, sensorer och miniatyrlasrar. Inuti en konstgjord kristall som denna, en rad ljusvåglängder är förbjudna. Tills nu, det karakteristiska våglängdsområdet bestäms med hjälp av teoretiska modeller. Dessa idealiserade modeller har tydliga brister. Forskare vid University of Twente (MESA+) har nu utvecklat en fullt experimentell metod för att bestämma bandgapet, bokstavligen göra det osynliga synligt. De presenterar sina resultat i Optik Express , tidskriften för Optical Society of America.

Fotoniska kristaller öppnar upp spännande nya sätt att manipulera ljus med hjälp av kisel. Detta material i sig är inte lämpligt för att styra ljus, eftersom den är transparent för ljusets färger som används inom telekommunikation. Fotoniska kristaller har en speciell struktur, förbjuder ett våglängdsintervall att passera, vilket lägger till kontroll av ljus i kisel och öppnar möjligheten att ansluta elektronik och fotonik.

Att skapa dessa kristaller med önskad "signatur" är en fråga om nanoskala, vilket leder till ett mönster av porer som är perfekt periodiskt. Fortfarande, vad är resultatet? Hur matchar porstorlek och "förbjudet intervall"? Teori och simuleringar börjar alltid med vissa antaganden. Det är helt enkelt omöjligt att inkludera alla fabrikationsstörningar, till exempel.

Forskare vid universitetet i Twente väljer därför en metod som är helt experimentell, vilket ger värdefull feedback till design- och tillverkningsprocessen. För detta, de tillverkade 3-D fotoniska kristaller med ett bandgap i våglängdsområdet som vanligtvis används inom telekommunikation, även kallad "invers woodpile" strukturer. Genom att lysa av en bred bandbredd och över många infallsvinklar, forskarna kan mäta reflektivitet, identifiera det exakta intervallet som är förbjudet. De gör detta för två polarisationer av ingångsljuset, vinkelrätt mot varandra. För båda polariseringarna, bredden på det fotoniska bandgapet ska vara samma, vilket bekräftas av mätningarna. Kristaller av hög kvalitet bör visa över 90 procent av reflektiviteten i det förbjudna bandet, som bekräftats av experimenten.

Med hjälp av den nya sondtekniken, forskare kan snabbt utvärdera kvaliteten på en fotonisk kristall, gör det lättare att ställa in tillverkningsprocessen för nya och utmanande applikationer inom opto-elektronik och kvantfotonik.