Een kristal met een 3D fotonische band gap is een krachtig hulpmiddel om licht, met toepassingen voor nieuwe soorten zonnecellen, sensoren en miniatuurlasers. In een door de mens gemaakt kristal als dit, een reeks lichtgolflengten is verboden. Tot nu, het karakteristieke golflengtegebied wordt bepaald met behulp van theoretische modellen. Deze geïdealiseerde modellen hebben duidelijke tekortkomingen. Onderzoekers van de Universiteit Twente (MESA+) hebben nu een volledig experimentele methode ontwikkeld om de band gap te bepalen, letterlijk het onzichtbare zichtbaar maken. Ze presenteren hun resultaten in Optica Express , het tijdschrift van de Optical Society of America.

Fotonische kristallen openen spannende nieuwe manieren om licht te manipuleren met behulp van silicium. Dit materiaal is op zich niet geschikt om licht te beheersen, omdat het transparant is voor de lichtkleuren die in de telecommunicatie worden gebruikt. Fotonische kristallen hebben een speciale structuur, het verbieden van een reeks golflengten om door te gaan, waardoor controle over licht in silicium wordt toegevoegd en de mogelijkheid wordt geopend om elektronica en fotonica aan te sluiten.

Het maken van deze kristallen met de gewenste "signatuur" is een kwestie van fabricage op nanoschaal, wat leidt tot een patroon van poriën dat perfect periodiek is. Nog altijd, wat is het resultaat? Hoe komen poriegrootte en "verboden bereik" overeen? Theorie en simulaties beginnen altijd met enkele aannames. Het is gewoon onmogelijk om alle fabricagestoornissen op te nemen, bijvoorbeeld.

Wetenschappers van de Universiteit Twente kiezen daarom voor een aanpak die volledig experimenteel is, waardoor waardevolle feedback wordt gegeven aan het ontwerp- en fabricageproces. Voor deze, ze fabriceerden 3D-fotonische kristallen met een bandgap in het golflengtegebied dat doorgaans wordt gebruikt in telecommunicatie, ook wel "omgekeerde houtstapel"-structuren genoemd. Door licht met een brede bandbreedte en over vele invalshoeken te laten schijnen, kunnen de onderzoekers reflectiviteit meten, het exacte bereik identificeren dat verboden is. Ze doen dit voor twee polarisaties van het ingangslicht, loodrecht op elkaar. Voor beide polarisaties geldt de breedte van de fotonische band gap moet hetzelfde zijn, wat wordt bevestigd door de metingen. Kristallen van hoge kwaliteit moeten meer dan 90 procent reflectiviteit vertonen in de verboden band, zoals bevestigd door de experimenten.

Met behulp van de nieuwe sondetechniek, onderzoekers kunnen de kwaliteit van een fotonisch kristal snel beoordelen, waardoor het fabricageproces gemakkelijker kan worden afgestemd op nieuwe en uitdagende toepassingen in opto-elektronica en kwantumfotonica.