Nanostructure of Technology for Making Photonic Crystals

光子晶体制造技术的纳米结构

基本信息

  • 批准号:
    9912039
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2000-08-01 至 2004-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The past rapid emergence of optical microcavity devices, such as Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) [1] can be largely attributed to the high precision over the layer thickness control available during semiconductor crystal growth. High reflectivity mirrors can be grown with sub-nanometer accuracy to define high=Q cavities in the vertical dimension. Recently, it has also become possible to microfabricate high reflecti-vity mirrors by creating two- and three-dimensional periodic structures. These periodic "photonic crystals" can be designed to open up frequency bands within which the propagation of electromagnetic waves is forbidden irrespective of the propagation direction in space and define photonic bandgaps [2,3]. When combined with high index contrast slabs in which light can be efficiently guided, microfaricated two-dimensional photonic badgap mirrors provide us wit the geometries needed to confine light into extremely small volumes [4,5]. 2-D Fabry-Perot resonators wit hmicrofabricated mirrors are formed when defects are introduced into the photonic bandgap structure. It is then possible to tune these cavities lithographically by changing the precise geometry of the microstructures surrounding the defects. Surprisingly, we have found that small cavities consisting of single defects in a two-dimensional photonic bandgap crystal can still exhibit high Q values, and we have calculated, by finite-difference time-domain (FDTD) modeling, Qs in the range of 25,000 [6]. When real cavities are measured in absorbing semiconductor material, Q values ain excell of 1500 are measured. We have shown, as part of our previous NSF contract, that these high Qs make it now possible to define microcavity lasers [7] which functio at room temperature [8], with mode volumes as small as 2.5 (l/2nslab)3, or 0.03 um3 in InGaAsP emitting at 1.55 um.
光学微腔器件(例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)[1])过去的快速出现很大程度上归功于半导体晶体生长过程中层厚控制的高精度。 高反射率镜子可以以亚纳米精度生长,以在垂直维度上定义高=Q腔。 最近,通过创建二维和三维周期性结构来微制造高反射率镜子也成为可能。 这些周期性的“光子晶体”可以被设计为开辟频带,在该频带内电磁波的传播被禁止,无论空间中的传播方向如何,并定义光子带隙[2,3]。 当与可以有效引导光的高折射率对比度板结合时,微细二维光子坏间隙镜为我们提供了将光限制在极小体积内所需的几何形状[4,5]。 当光子带隙结构中引入缺陷时,就会形成带有微加工镜子的二维法布里-珀罗谐振器。 然后可以通过改变缺陷周围的微结构的精确几何形状来通过光刻来调整这些空腔。 令人惊讶的是,我们发现二维光子带隙晶体中由单个缺陷组成的小空腔仍然可以表现出高Q值,并且我们通过时域有限差分(FDTD)建模计算出Qs在25,000范围内[6]。 当测量吸收半导体材料中的真实空腔时,测量到的 Q 值在 excell 中为 1500。 作为我们之前 NSF 合同的一部分,我们已经证明,这些高 Q 值现在可以定义微腔激光器 [7],该激光器在室温下工作 [8],模式体积小至 2.5 (l/2nslab)3,或 InGaAsP 中的 0.03 um3,发射波长为 1.55 um。

项目成果

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