Photonische Strukturen

Periodische Brechungsindexmodulationen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge können die optischen Eigenschaften eines Materials drastisch beeinflussen. Prominete Beispiele dieser meist synthetisch hergestellten Materialien sind die sogenannten photonischen Kristalle. Dort wird typischerweise durch abwechselnde Anordnung unterschiedlicher Materialien eine periodische Modulation des Brechungsindex erzielt. Bereits im eindimensionalen Fall erhält man so ein dielektrisches Schichtsystem, das eine sogenannte photonische Bandlücke aufweisen kann. Ähnlich einer elektronischen Bandlücke, die in Festkörpern bestimmte Energiezustände der Elektronen verbietet, ist dort eine Ausbreitung von Photonen bestimmter Frequenz nicht erlaubt.

Das volle Potenzial der photonischen Kristalle erschließt sich jedoch erst bei der Verwendung von zwei- oder dreidimensionalen Strukturen, deren Eigenschaften sich dynamisch anpassen lassen. Nichtlineare photonische Kristalle sind eine wichtige Möglichkeit, eine solche Rekonfigurierbarkeit zu erreichen. In diesen Kristallen kann ein einfallender Lichtstrahl durch selbstinduzierte Brechungsindexänderungen die Bandstruktur zusätzlich beeinflussen. Die Erzeugung solcher nichtlinearer photonischer Strukturen erfolgt häufig in photorefraktiven Kristallen, in denen der Brechungsindex wiederum durch Licht über den photorefraktiven Effekt verändert werden kann.

In unserer Arbeitsgruppe werden aktuell vielfältige Effekte der Lichtausbreitung sowohl in eindimensionalen Bragg-Gittern als auch in zweidimensionalen photonischen Strukturen untersucht.