Photonische Materialien 13. Vorlesung Einführung in quantenmechanische Aspekte und experimentelle Verfahren (1) Lumineszenz-Label (1) Supramolekulare und biologische Systeme (1) Halbleiter Nanopartikel (2) Quanten-Well-Strukturen (1) Metallische Nanopartikel Solarzellen (1) Organische Leuchtdioden und Solarzellen (1) Flüssige Kristalle (1) Displays (1) Photonische Kristalle (1) Optisch aktive Materialien (1)
Photonische Kristalle Farbe Reflexion Transmission Parallelität Verlangsamung Lichtgeschwindigkeit Verstärkung Mikroresonatoren Wellenleitung Lineare Wellenleitung Ecken Dotierung Elektronische Steuerung
3-Dimensionen
Herstellung Mechanisch Selbstorganisation Laserstrukturierung
Selbstorganisation
Makroporöses Silizium Punkt-Defekt Linien-Defekt
Cavities
A Linear Nonlinear Filter in out Linear response: Lorenzian Transmisson shifted peak + nonlinear index shift
B. Maune, M. Loncar, J. Witzens, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, D. Psaltis, A. Scherer Applied Physics Letters 85, 360-362 (2004)
Optisch Aktive Materialien Laser/Laserdioden Frequenzvervielfacher Wellenleiter Optische Speicher Einzelne Photonen Optische Computer
Laser
Dye Laser
Laser Kristalle Nd: YVO4 Nd: YAG Cr4+: YAG Yb: YAG Nd: YLF Cr: RUBY Ti: Sapphire Nd: YAP
Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser) Yttrium-Aluminium-Granat (Y3Al5O12): YAG : 1064nm Bohren, Schweißen, Schneiden Medizin
Halbleiterlaser
Frequenzvervielfachung Dielektrisch Suszeptibilität Kaliumdihydrogenphosphat (KDP) K+
Totalreflexion Wellenleiter
- multi mode - single mode - Reichweite 30km
Gradientenfaser
Signalausbreitung
Verstärkung
Faserdotierung Pumpe: Halbleiterlaser Verstärkung
Glasfaserkabel
Optische Speicher
CD-Lesen
Photochromie
Optische Speichermaterialien
Molekulare Schalter
Spectrales Lochbrennen
SAMs lithography binding of dyes AFM Lithography Local anodic oxidation of underlying oxide Cathode Tip E = Vthreshold V21 < Vthreshold oxidation - + + + SiOx δ- Si Anode
SAMs lithography binding of dyes Binding of dye molecules cresyl violet Rhodamine 6G C O O N HN O NH H 2 N O NH 2 - - - - - Oxide structures negatively charged due to the oxidation process Binding of ionic dye molecules by l t t ti i t ti
Introduction 1 µm topographic AFM image of the fabricated oxide structure optical wide field microscope image of the same spot with dye (R6G) electrostatically bound to the oxide structure Work group seminar Thomas Baumgärtel: Nanolithography by AFM for systematic arranging of nanoaggregates
Optische Computer
Quantenbits
Diamant
Molekulare Materialien
Fluoreszenz Label: Emission von Licht
Biologische Materialien
Selbstorganisierende Materialien
Halbleiter-Quantendots Introduction E Bulk 3D E 1/2 Quantum dot 0D E N(E) N(E) Core/shell QD Optical tunability Increased quantum efficiency Extended semiconductor Continum of electron energies Quantum Dot Discrete electronic energies E h 2 π 2 1 1 = + + 1 s1 s E g 1. 786 2 R 2 m * m * e h e 2 ε 2 R + Small polarization term at the surface
Exzitonen:Quantum Confinement Elektron - Lochpaar e- e- h+ a B a B e- h+ a B h+ Wannier Exziton: H_Atom : Halbleiter Frenkel Exziton: Lokalisierung: Moleküle
Semiconductor Quantum - Dots Linnros CdSe Silicon Meier
Caption: Micrograph of pyramid-shaped quantum dots grown from indium, gallium, and arsenic. Each dot is about 20 nanometers wide and 8 nanometers in height.
pn- Übergänge Verarmungszone Sperrrichtung Leitende Richtung Rekombination von Elektronen und Löchern!
Rekombination von Elektron-Loch Paaren Energieschema einer GaAlP-Laserdiode. Die aktive Zone ist zwischen einer p- und einer n-dotierten Schicht eingeschlossen.
Laserkristall (GaAs) 850 nm homo hetero Inversionsdichte Doppel- hetero
Metallische Nanopartikel
Solarzellen
Organische Solarzellen Schichtstruktur einer organischen Solarzelle. Zn-Phthalocyanin dient als Donator, C60 als Akzeptor. Das transparente ITO (Indium-Zinnoxid) und Aluminium bilden die Elektroden. PEDOT:PSS und Bathocuproine sind Pufferschichten, die die physikalischen und elektrischen Eigenschaften der aktiven Schicht und der Elektroden einander anpassen.
Komposite Kathode Akzeptor Donor Transparente Anode Querschnitt durch eine organische Solarzelle. Die idealisierte Skizze zeigt den Nanokomposit aus den organischen Halbleitern.
Organische Leuchtdioden (OLED) Al q3
Kombinierte Dioden
Photonische Kristalle
Cavities
Zusammenfassung Anwendungen Farben Displays Lichtquellen Laser Dioden Photovoltaik Photonik Waveguids Quantencomputing