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PROGRAMMA DI RICERCA 2004
italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
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Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Scienze fisiche
Classificazione brevettuale
- ELECTRICITY
- BASIC ELECTRIC ELEMENTS
- DEVICES USING STIMULATED EMISSION
- ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS (spark-gaps H01T; arc lamps with consumable electrodes H05B; particle accelerators H05H)
- WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE (operating at optical frequencies G02B; aerials H01Q; [N: modulating electromagnetic waves in transmission line, waveguide, cavity resonator or radiation field of aerial H03C7/02]; networks comprising lumped impedance elements H03H)
- BASIC ELECTRIC ELEMENTS
Classificazione geografica
- Regione: Lombardia
Bibliografia
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[22] M. Patrini, M. Galli, F. Marabelli, M. Agio, L.C. Andreani, D. Peyrade, and Y. Chen, “Photonic bands in patterned Silicon-on-Insulator waveguides”, IEEE J. Quantum Electron. 38, 885 (2002).
[23] P. Bettotti, L. Dal Negro, Z. Gaburro, L. Pavesi, A. Lui, M. Galli, M. Patrini, F. Marabelli, “p-type macroporous silicon for two-dimensional photonic crystals”, J. Appl. Phys. 92, 6966 (2002).
[24] L.C. Andreani and M. Agio, “Intrinsic diffraction losses in photonic crystal waveguides with line defects”, Appl. Phys. Lett. 82, 2011 (2003).
[25] For additional references and results we refer to the B-forms of this project and to the annual report of Cofin 2002, which is available on the web at the url http://fisicavolta.unipv.it/dipartimento/ricerca/fotonici/Cofin2002
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[34] J. Arentoft et al., “Low loss silicon-on-insulator photonic crystal waveguides“, Electron. Lett. 38, 274 (2002).
[35] M. Notomi, K. Yamada, A. Shinya, J. Takahashi, C. Takahashi, I. Yokohama, “Extremely large group-velocity dispersion of line-defect waveguides in photonic crystal slabs”, Phys. Rev. Lett. 87, 253902 (2002).
[36] K. Busch and S. John, “Liquid-crystal photonic band-gap materials: the tunable electromagnetic vacuum”, Phys. Rev. Lett. 83, 967 (1999).
[37] S.W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, and S. John K. Busch, A. Birner, U. Goesele, V. Lehmann, "Tunable two-dimensional photonic crystals using liquid-crystal infiltration", Phys. Rev. B 61, R2389 (2000).
[38] T. Baba, M. Shiga and K. Inoshita, “Carrier plasma shift in GaInAsP photonic crystal point defect cavity”, Electron. Lett. 39, 1516 (2003).
[39] W. Kunishi, M. Nakamura, T. Asano, B.-S. Song, and S. Noda, “Tuning of drop wavelength in channel drop filtering device based on 2D photonic crystal slab”, in Ref. [7], paper Th-L7.
[40] See the collection of papers in “Nonlinear Optics of Photonic Crystals”, edited by C.M. Bowden and A.M. Zheltikov, feature issue, J. Opt. Soc. Am. B 19, 1961-2296 (2002).
[41] A.R. Cowan and J.F. Young, “Mode matching for second-harmonic generation in photonic crystal waveguides”, Phys. Rev. B 65, 085106 (2002).
[42] T. Yoshie, A. Scherer, H. Chen, D. Huffaker, D. Deppe, “Optical characterization of two-dimensional photonic crystal cavities with indium arsenide quantum dot emitters“, Appl. Phys. Lett. 79, 114 (2001).
[43] K. Hennessy, C. Reese, A. Badolato, C.F. Wang, A. Imamoglu, P.M. Petroff, E. Hu, G. Jin, S. Shi, and D.W. Prather, “Square-lattice photonic crystal microcavities for coupling to single InAs quantum dots”, Appl. Phys. Lett. 83, 3650 (2003).
Parole Chiave
CRISTALLI FOTONICI; SILICIO; FABBRICAZIONE; PROPAGAZIONE DI LUCE; EMISSIONE DI LUCE; PROPRIETA OTTICHE; GUIDE D'ONDA FOTONICHE; BANDE FOTONICHE; TEORIACristalli fotonici a base di Silicio per il controllo della propagazione e dell'emissione di luce
Università degli Studi di PaviaAbstract
Questo progetto si propone di utilizzare cristalli fotonici di varie dimensionalità a base di Silicio, realizzati dai gruppi proponenti, per studiare vari effetti legati al controllo su scala sub-micrometrica della propagazione e della emissione di luce. Le tecnologie di fabbricazione disponibili combinano crescita per deposizione da fase vapore e per sedimentazione in soluzione colloidale, litografia elettronica e a raggi X, attacco chimico umido (elettrochimico) e a secco (via plasma e via fasci ionici). Queste tecniche permettono di produrre sistemi mono-dimensionali (Silicio microporoso), bi-dimensionali (Silicio macroporoso, guide d'onda planari) e tri-dimensionali (opali, Yablonovite). Inoltre i materiali saranno infiltrati globalmente e localmente con mezzi attivi. Saranno studiati in particolare i seguenti sistemi e fenomeni:1) Cristalli fotonici 1D di Silicio poroso: multistrati e microcavità accoppiate.
- Si determinerà la dispersione della fase e il rallentamento della velocità di gruppo in corrispondenza delle risonanze di band edge e, per le microcavità accoppiate, nella minibanda risultante dall'accoppiamento dei modi delle singole cavità.
- Si effettueranno misure risolte in tempo della propagazione di impulsi in questi sistemi.
2) Cristalli fotonici 2D e in guida d'onda planare: Silicio macroporoso, Silicio su Isolante, membrane sospese, Nitruro di Silicio.
- Si determinerà la dispersione dei modi fotonici >>>
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Lucio ANDREANI Università degli Studi di PAVIAObiettivo del Programma di Ricerca
L'obiettivo di questo progetto è la realizzazione e lo studio di effetti legati al controllo della propagazione e della emissione di luce in strutture a scala sub-micrometrica. A tale scopo verranno utilizzati i cristalli fotonici a base di Silicio prodotti dai gruppi partecipanti, che coprono un ampio spettro di dimensionalità e di caratteristiche: sistemi monodimensionali di Silicio microporoso (multistrati e microcavità); sistemi bidimensionali di Silicio macroporoso e in guida d'onda planare quali Silicio su Isolante (SOI), membrane sospese di Silicio, Nitruro di Silicio su Isolante; sistemi tridimensionali quali opali diretti e inversi e (attualmente in fase di realizzazione) Yablonovite. Le procedure di fabbricazione utilizzate combinano tecniche di deposizione (PECVD), litografia a fascio elettronico e a raggi X, attacco chimico umido (etching elettrochimico) e a secco (reactive-ion etching via plasma o via fascio ionico), sedimentazione in soluzione colloidale. Le strutture così realizzate verranno poi infiltrate sia localmente (con micro-dispenser) che globalmente: verrano impiegati cristalli liquidi ed emettitori di luce quali coloranti, quantum dots colloidali e ioni Erbio. Si otterranno così cristalli fotonici con gap nella regione spettrale del vicino infrarosso o del visibile, che si prestano sia al controllo della propagazione di luce in sistemi passivi, sia ad applicazioni attive per il controllo dell'emissione e del guadagno ottico.Questo >>>
Risultati parziali attesi
Installazione della strumentazione prevista:Torino: generatore 13.56 MHz per bias substrato su ECR-RIE
Trento: forno per trattamenti termici o ossidazioni in atmosfera controllata
Pavia: laser Q-switched con impulsi al ns e oscillatore parametrico
Firenze: elettromagnete da 1 Tesla con alimentatore
1) Cristalli fotonici mono-dimensionali
- Preparazione di multistrati e microcavità accoppiate di Silicio micro-poroso
- Misure interferometriche di dispersione della fase e della velocità di gruppo
- Interpretazione teorica e nuovi design
- Misure di slowing down sui multistrati mediante trasmissione risolta in tempo
2) Cristalli fotonici bidimensionali e in guida d'onda
- Preparazione di Silicio macroporoso con gap a 1.55 micron e difetti lineari
- Preparazione di guide d'onda fotoniche di Si/SiO2, SiN/SiO2, a-Si(1-x)N(x)/SiO2 con difetti lineari e puntuali, test per membrane
- Misure di dispersione dei modi fotonici e dei difetti mediante riflettanza risolta in angolo e ATR
- Misure di trasmissione in guida d'onda da reticoli periodici e guide lineari, simulazioni FDTD
- Misure di emissione dal Silicio macroporoso infiltrato e dalle guide d'onda luminescenti
- Test di infiltrazione globale e locale con mezzi attivi delle guide Si/SiO2
3) Cristalli fotonici tri-dimensionali
- Produzione di opali diretti e ottimizzazione del >>>
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
I cristalli fotonici sono mezzi caratterizzati da una costante dielettrica periodica in una o più direzioni spaziali. A causa della modulazione dell'indice di rifrazione si formano regioni di energia permesse e proibite, chiamate rispettivamente bande e gap fotonici, in analogia con i livelli degli elettroni nei reticoli cristallini. In presenza di un gap fotonico si può realizzare il controllo dell'emissione spontanea [1] e la localizzazione della luce tramite il disordine [2]. Inoltre, i difetti lineari e puntuali introducono livelli di energia nel gap, che corrispondono rispettivamente a modi di propagazione (guide d'onda lineari) e a modi localizzati (cavità fotoniche) [3,4]. Negli ultimi anni questo campo di ricerca ha avuto una rapida espansione ed è divenuto uno fra i più vivaci a livello internazionale [5-7], in relazione allo sviluppo delle tecniche di nano-fabbricazione che permettono di realizzare strutture su scala sub-micrometrica con gap nel vicino infrarosso o nel visibile.I cristalli fotonici mono-dimensionali (ben noti come riflettori di Bragg e filtri) possiedono un gap solo in un ristretto cono angolare attorno alla direzione del multistrato, tuttavia sono interessanti per vari motivi. In primo luogo, in una dimensione si ha un gap fotonico per qualunque valore del contrasto fra gli indici di rifrazione. Inoltre, si possono produrre sistemi 1D complessi in cui evidenziare effetti particolari (ad esempio, la propagazione risolta in tempo ed >>>



