In dieser Arbeit werden die genaueren Eigenschaften von photonischen Kristallen erörtert und deren Herstellung mittels Zwei-Photonen-Polyermisation am Nano 3D Druckgerät der Hochschule München thematisiert.
Photonische Kristalle verfügen über die Fähigkeit, Einfluss auf die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung zu nehmen, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen interessant macht. Wegen der Skalierbarkeit der Kristalldimensionen ist zudem die Einflussnahme für einen nahezu unbegrenzten Anteil des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung möglich. Dieser wird nur durch den Entwicklungsstand der Herstellungsverfahren beschränkt, welche die realisierbaren Ausmaße der Kristalle vorgeben.
In der Natur kommen ebenfalls photonische Kristalle vor, beispielsweise entstehen die schillernden Farben von Opalen oder Schmetterlingsflügeln nicht etwa aufgrund von eigenen Farbpigmenten, sondern durch periodische Strukturen welche die farbigen Lichtreflexionen hervorrufen.
Für die Industrie sind die Eigenschaften photonischer Kristalle vor allem in der Chip-Konstruktion interessant, in der Hoffnung elektronische Datenverbindungen durch photonische Lichtleiter ersetzen zu können. Aufgrund ihrer optischen Eigenschaften sind photonische Kristalle vielversprechend für den Aufbau von Grundelementen wie optischen Transistoren. Photonische Kristalle als integrierte photonische Schaltkreise hätten gegenüber ihren elektrischen Gegenstücken, den bisherigen Mikrochips, den Vorteil einer hundert- bis tausendfachen Geschwindigkeitsverbesserung. Ebenfalls möglich wäre die Verwendung von dreidimensionalen photonischen Kristallen als Frequenz-, Richtungs- oder Polarisationsfilter oder zweidimensionalen Kristallen als neuartige optische Fasern.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Einleitung
- Mikro und Nano 3D-Druck
- Elektronenstrahl Lithografie
- Optische Laser Lithografie
- Zwei-Photonen-Polymerisation
- Fotoresists
- Direct Laser Writing
- Auflösungsvermögen
- Photonische Kristalle und ihre Eigenschaften
- Mathematische Grundlagen
- Maxwellgleichungen
- Skalierbarkeit der Maxwellgleichungen
- Periodizität und Bandstrukturen
- Eindimensionale Photonische Kristalle
- Zweidimensionale Kristalle
- Dreidimensionale Kristalle
- Yablonovite Struktur
- Woodpile Struktur
- Mathematische Grundlagen
- Experiment
- Laboraufbau und genereller Druckablauf
- 3D Lithografiesystem
- IP-Dip
- Software
- Herstellung der Kristalle und Ergebnisse
- Erste Modelle
- Zweidimensionalle Strukturen
- Woodpile Konstruktionen
- Ergebnisse und Disskussion
- Laboraufbau und genereller Druckablauf
- Fazit
- A Berechnungen, Messungen und weiterführende Informatio-
nen
- Bandlückenberechnung
- Messungen
- Weitere Informationen
- GWL Programmierung
- Weitere Beobachtungen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung von photonischen Kristallen mithilfe eines Nano 3D-Druckgeräts. Das Ziel ist es, die prinzipiellen Möglichkeiten und Grenzen der Herstellung von photonischen Kristallen mit diesem Verfahren zu erforschen und experimentell zu untersuchen.
- Herstellung von photonischen Kristallen mithilfe des Nano 3D-Drucks
- Charakterisierung der hergestellten Strukturen hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften
- Untersuchung der Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens für die Herstellung von photonischen Kristallen
- Bedeutung von photonischen Kristallen in der Photonik
- Vergleich mit anderen Herstellungsverfahren für photonische Kristalle
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in das Thema der Photonik und der Bedeutung photonischer Kristalle ein. Kapitel 2 beleuchtet verschiedene Mikro- und Nano-3D-Druckverfahren, wobei das Verfahren der Zwei-Photonen-Polymerisation, das in der vorliegenden Arbeit zum Einsatz kommt, im Detail beschrieben wird. Kapitel 3 erläutert die mathematischen Grundlagen und Eigenschaften photonischer Kristalle sowie verschiedene Strukturtypen. In Kapitel 4 wird der Aufbau des Experiments und die Herstellung der photonischen Kristalle mit dem Nano 3D-Druckgerät detailliert beschrieben. Dieses Kapitel umfasst auch die Ergebnisse der Charakterisierung der hergestellten Strukturen. Abschliessend werden in Kapitel 5 die Ergebnisse zusammengefasst und diskutiert.
Schlüsselwörter
Photonische Kristalle, Nano 3D-Druck, Zwei-Photonen-Polymerisation, Bandstruktur, optische Eigenschaften, elektromagnetische Strahlung, Mikrostruktur, Herstellungstechnik, Optoelektronik
- Citation du texte
- Tobias Wulff (Auteur), 2019, Herstellung von Photonischen Kristallen am Nano-3D-Druckgerät, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/507598
