Optische Mikroröllchen-Resonatoren
Final Report Abstract
Mikroröllchen entstehen durch das Ablösen verspannter Halbleiterschichten von ihrem Substrat. Die Röllchen können als optische Resonatoren fungieren, in denen Licht wie in einem Wellenleiter in der Röllchenwand azimutal geführt wird. Einen vollständigen, dreidimensionalen Einschluss von Licht erreicht man durch axiale Strukturierung der Mikroröllchen. Im Rahmen dieses Projektes konnten neuartige Mikroröllchen entwickelt werden, die eine Anwendung als optische Resonatoren im sichtbaren Wellenlängenbereich erlauben. Diese Mikroröllchen basieren auf verspannten Alxln1-xP-Schichten mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen x, gitterangepasst gewachsen auf einer GaAs-Opferschicht. Durch lithographische Struklurierung und dem selektiven Ätzen der Opfersicht entstehen passive optische Resonatoren. Es wurden dann kolloidale, CdSe-basierte Nanokristalle in die Röllchen durch Ausnutzung von Kapillarkräften eingebracht. Das Fluoreszenzlicht der Nanokristallemitter koppelt an die optischen Resonatormoden über deren evaneszente Felder. Man beobachtet eine Sequenz von resonanten Moden im sichtbaren Spektralbereich. Anstelle der Nanokristalle konnten auch Licht emittierende, strukturierte Molekülfilme in die Mikroröllchen integriert werden. Hier ist der Vorteil, dass sich der Emitter im Feldmaximum der optischen Moden befindet, er gleichzeitig als Wellenleiter fungiert und so nur im eigentlichen Resonator Licht emittiert wird. Die neuartigen Mikroröllchen wurden in Flusskanalsysteme, aufgebaut aus einer Kombination von SU-8-Lack und PDMS, integriert. Der hohe Brechungsindex des Röllchenmaterials erlaubt das direkte Ablegen der Mikroröllchen auf ein Glassubstrat und das Einbetten in SU-8-Lack, ohne dass die Resonatoreigenschaften stark beeinträchtigt werden. Während der Entwicklung der optisch transparenten Mikroröllchen entstand die Idee, eine vereinfachte Schichtstruktur bestehend aus einer AllnP-Schicht auf GaAs zu verwenden, um neuartige Microdisk-Resonatoren herzustellen. Diese Microdisks konnten dann auf sehr einfache Art mit externen, nasschemisch synthetisierten Nanokristallen zu Hybridsystemen verkoppelt werden.
Publications
- „Optical modes excited by evanescent-wave-coupled PbS nanocrystals in semiconductor microtube bottle resonators", Nano Letters 10, 627 (2010)
K. Dietrich, Ch. Strelow, C. Schliehe, Ch. Heyn, A. Stemmann, S. Schwaiger, S. Mendach, A. Mews, H. Weiler, D. Heitmann, and T. Kipp
- „AllnP-based rolled-up microtube resonators with colloidal nanocrystals operating in the visible spectral range", Applied Physics Letters 101, 113114 (2012)
Ch. Strelow, S. Kietzmann, A. Schramm, R. Seher, J.-P. Penttinen, T. V. Hakkarainen, A. Mews, and T. Kipp
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4752449) - „Large array of single, site-controlled InAs quantum dots fabricated by UV-nanoimprint lithography and molecular beam epitaxy", Nanotechnology 23, 175701 (2012)
A. Schramm, J. Tommila, Ch. Strelow, T. V. Hakkarainen, A. Tukiainen, M. Dumitrescu, A. Mews, T. Kipp, and M. Guina
(See online at https://doi.org/10.1088/0957-4484/23/17/175701) - „Light confinement and mode splitting in rolled-up semiconductor microtube bottle resonators", Physical Review B 85, 155329 (2012)
Ch. Strelow. C. M. Schultz, H. Rehberg, M. Sauer, H. Welsch, A. Stemmann, Ch. Heyn, D. Heitmann, and T. Kipp
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.155329) - „The influence of temperature on the photoluminescence properties of single InAs quantum dots grown on patterned GaAs", Nanoscale Research Letters 7, 313 (2012)
J. T. Tommila, Ch. Strelow, A. Schramm, T. V. Hakkarainen, M. Dumitrescu, T. Kipp, and M. Guina
(See online at https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-313) - „Hybrid systems of AllnP microdisks and colloidal CdSe nanocrystals showing whispering-gallery modes at room temperature", Applied Physics Letters 105, 091107 (2014)
Ch. Strelow, S. Weising, D. Bonatz, J.-P. Penttinen, T.V. Hakkarainen, A. Schramm, A. Mews, and T. Kipp
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4894720)
