[論文レビュー] First Evidence of Near-Infrared Partial Photonic Bandgap in Polymeric Rod-Connected Diamond Structure

Lifeng Chen, Mike P. C. Taverne+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2015

Diamond and Carbon-based Materials ResearchMaterials Science被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、近赤外波長域における低屈折率ポリマー性ロッド接続ダイヤモンド（RCD）フォトニクス結晶構造において、部分的フォトニクスバンドギャップの最初の実験的証明を提示する。2光子重合を用いて作製され、角度分解型フォーリエ画像分光法を用いて特性評価された構造は、P偏光およびS偏光の両方において、シミュレーションと測定された透過率および反射率スペクトルの間で良好な一致を示し、近赤外領域におけるフォトニクスバンドギャップ行動の確認がなされた。

ABSTRACT

We present the simulation, fabrication, and optical characterization of low-index polymeric rod-connected diamond (RCD) structures. Such complex three-dimensional photonic crystal structures are created via direct laser writing by two-photon polymerization. To our knowledge, this is the first measurement at near-infrared wavelengths, showing partial photonic bandgaps for this structure. We characterize structures in transmission and reflection using angular resolved Fourier image spectroscopy to visualize the band structure. Comparison of the numerical simulations of such structures with the experimentally measured data show good agreement for both P- and S-polarizations.

研究の動機と目的

• 低屈折率ポリマー性ロッド接続ダイヤモンド（RCD）フォトニクス結晶が近赤外波長域に部分的フォトニクスバンドギャップを示すことを実証すること。
• 2光子重合を用いた直接レーザーライティングにより、複雑な三次元フォトニクス結晶構造を形成すること。
• 透過率および反射率測定を用いて、RCD構造の光学的応答を実験的に特徴付けること。
• P偏光およびS偏光の両方において、数値シミュレーションと実験データを照合し、構造的・光学的整合性を検証すること。
• ポリマー材料を用いた低屈折率フォトニクス結晶の今後の開発のためのベンチマークを確立すること。

提案手法

• 2光子重合による直接レーザーライティングを用いて、三次元ポリマー性ロッド接続ダイヤモンド（RCD）構造の作製。
• 近赤外領域におけるフォトニクスバンドギャップ行動を予測するため、RCD構造の光学的性質をシミュレーションすること。
• さまざまな入射角において透過率および反射率スペクトルを測定するために、角度分解型フォーリエ画像分光法を採用すること。
• P偏光およびS偏光の両方において、シミュレーションと実験的測定された光学的応答を比較し、構造的・光学的整合性を検証すること。
• 数値モデリングを用いてバンド構造を予測し、実験データと照合して検証すること。
• 近赤外スペクトル範囲における光学的応答を分析し、バンドギャップ特徴を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ポリマー性ロッド接続ダイヤモンド構造は、近赤外波長域に部分的フォトニクスバンドギャップを示すか？
• RQ2 数値シミュレーションは、P偏光およびS偏光の両方において、作製されたRCD構造の光学的応答をどれほど正確に予測できるか？
• RQ3 実験的透過率および反射率測定値は、シミュレートされたバンド構造予測とどの程度一致するか？
• RQ4 角度分解型フォーリエ画像分光法は、複雑な三次元ポリマー性フォトニクス結晶のフォトニクスバンド構造を効果的に可視化できるか？
• RQ5 低屈折率対比が、ポリマーを基盤とするRCD構造において顕著なフォトニクスバンドギャップ効果を可能にする役割を果たすか？

主な発見

• 本研究では、近赤外波長域におけるポリマー性ロッド接続ダイヤモンド構造における部分的フォトニクスバンドギャップの最初の実験的測定を報告する。
• 作製されたRCD構造は、角度分解型透過率および反射率分光法により、測定可能なフォトニクスバンドギャップ効果を示している。
• P偏光およびS偏光の両方において、シミュレーションと測定された光学的応答の間に良好な一致が観察され、シミュレーションモデルの妥当性が裏付けられた。
• 三次元RCDアーキテクチャに低屈折率ポリマーを用いることで、近赤外領域における検出可能なフォトニクスバンドギャップ行動が実現された。
• 角度分解型フォーリエ画像分光法は、複雑な三次元フォトニクス結晶のバンド構造を効果的に可視化した。
• 結果は、2光子重合を用いて、低屈折率材料において、可変な光学的特性を有する機能的フォトニクス結晶を形成する可能性を示している。