JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제7권1호
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pp.56-65
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2007
This paper describes physical meanings of various influences of cavity (or pillar) shape and filling factor of dielectric material on band structures in two-dimensional photonic crystals. Influences of circular and rectangular cross-sections of cavity (or pillar) arrays on photonic band structures are considered theoretically, and significant aspects of square and triangular lattices are compared. It is shown that both averaged dielectric constant of the photonic crystal and distribution profile of photon energy play important roles in designing optical properties. For the triangular lattice, especially, it is shown that cavity array with a rectangular cross-section breaks the band structure symmetry. So, we discuss this point from the band structure and address optical properties of lattice with a circular cross-section cavity.
The moving least square (MLS) basis is implemented for the real-space band-structure calculation of 2D photonic crystals. The value-periodic MLS shape function is thus used in order to represent the periodicity of crystal lattice. Any periodic function can properly be reproduced using this shape function. Matrix eigenequations, derived from the macroscopic Maxwell equations, are then solved to obtain photonic band structures. Through numerical examples of several lattice structures, the MLS-based method is proved to be a promising scheme for predicting band gaps of photonic crystals.
초소형 광집적 회로를 실현하기 위해 실리콘 기반의 2차원 광자 결정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중에서 대표적 구조인 공기 클래딩을 갖는 2차원 실리콘 광자 결정은 우수한 광학적 특성을 가지나, 다양한 소자를 집적화하기에는 기계적 강도가 약하다. 본 연구에서는 기계적 강도를 향상시킨 대칭적인 저굴절률 실리카 클래딩을 갖는 2차원 실리콘 광자 결정을 제안하며, 공기 및 실리카 클래딩을 갖는 광자 결정 슬랩 구조의 광학적 특성을 이론적으로 비교하였다. 3차원 유한 차분 시간 영역법을 이용하여 공기 클래딩을 갖는 2차원 실리콘 광자 결정 슬랩 구조를 분석한 결과, 광통신 대역에서 약 330 nm의 광자 밴드갭과 약 100 nm의 무손실 도파 대역을 가짐을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 실리카 클래딩을 갖는 2차원 광자 결정 슬랩 구조를 계산한 결과, 클래딩의 굴절률이 공기보다 높음에도 불구하고 공기 클래딩 구조의 광학적 특성에 버금가는 약 230 nm의 광자 밴드갭과 약 90 nm의 무손실 도파 대역을 갖는 구조를 설계하였다.
The recently published and new results on design and fabrication of magnetophotonic crystals of different dimensionality are surveyed. Coupling of polarized light to 3D photonic crystals based on synthetic opals was studied in the case of low dielectric contrast. Transmissivity of opals was demonstrated to strongly depend on the propagation direction of light and its polarization. It was shown that in a vicinity of the frequency of a single Bragg resonance in a 3D photonic crystal the incident linearly polarized light excites inside the crystal the TE- and TM-eigen modes which passing through the crystal is influenced by Brags diffraction of electromagnetic field from different (hkl) sets of crystallographic planes. We also measured the faraday effect of opals immersed in a magneto-optically active liquid. It was shown that the behavior of the faraday rotation spectrum of the system of the opal sample and magneto-optically active liquid directly interrelates with transmittance anisotropy of the opal sample. The photonic band structure, transmittance and Faraday rotation of the light in three-dimensional magnetophotonic crystals of simple cubic and face centered cubic lattices formed from magneto-optically active spheres where studied by the layer Korringa-Kohn-Rostoker method. We found that a photonic band structure is most significantly altered by the magneto-optical activity of spheres for the high-symmetry directions where the degeneracies between TE and TM polarized modes for the corresponding non-magnetic photonic crystals exist. The significant enhancement of the Faraday rotation appears for these directions in the proximity of the band edges, because of the slowing down of the light. New approaches for one-dimensional magnetophotonic crystals fabrication optimized for the magneto-optical Faraday effect enhancement are proposed and realized. One-dimensional magnetophotonic crystals utilizing the second and the third photonic band gaps optimized for the Faraday effect enhancement have been successfully fabricated. Additionally, magnetophotonic crystals consist of a stack of ferrimagnetic Bi-substituted yttrium-iron garnet layers alternated with dielectric silicon oxide layers of the same optical thickness. High refractive index difference provides the strong spatial localization of the electromagnetic field with the wavelength corresponding to the long-wavelength edge of the photonic band gap.
광결정(photonic crystal)은 주기적인 유전율 차이를 가지고 있는 인공적인 광학 물질이다. 그래서 이러한 광결정을 지나가는 전자기파는 마치 반도체와 같은 밴드갭을 가지게 된다. 우리는 silica nanosphere를 사용해서 자연의 보석 중, opal과 유사한 3차원 fcc(face-centered cubic) structure를 가지는 광결정을 만들었다. 평평한 유리기판을 용액에 수직으로 담근 후, 용액을 상온에서 증발시키면 자기 조립 방법(self-assembly method)으로 광결정이 만들어진다. (중략)
Photonic crystals containing multiple rugate structure are prepared by electrochemical etchings. Typically etched rugate PSi prepared in this study. Etching is carried out in a Teflon cell by using a two-electrode configuration with a Pt mesh counter electrode. They exhibit sharp photonic band gaps in the optical reflectivity spectrum. This reflectivity can be tuned to appear anywhere in the visible to near-infrared spectral range, depending on the programmed etch waveform. We study the method of full width half maxima and reflectivity index control by using amplitude.
실리콘과 전광 고분자 물질을 기반으로 한 새로운 광 결정 광변조기를 제안하고, 설계 및 검증을 수행하였다. 이는 실리콘 물질로 된 광 결정 도파로의 중심에 전광 고분자 물질로 된 슬롯 형태의 도파로를 삽입한 구조로 구성된다. 좁은 폭의 전광 고분자 슬롯도파로를 진행하는 광 신호는 주변의 광 결정 구조에 의해 매우 낮은 군속도를 갖게 될 뿐만 아니라, 전광 고분자 내로의 강한 광학적 구속력을 갖게 되어 광-물질 간의 활발한 상호작용과 매우 높은 전기-광학적 효과를 얻을 수 있다.
There are now many theoretical investigations and real manufactures for numerous applications of photonic crystals (PCs) associated with photonic band gap and photonic integrated circuits. However, there are some difficulties to design and fabricate the desired pattern quality. It is not easy to satisfy accurate critical dimension (CD) for patterns with arbitrary shapes and pitch sizes aligned in various directions. In this work, we report the optimum conditions to better fabricate and design, and greatly improve pattern quality in delineating two-dimensional (2D) PCs in the nanometer range using single- step e-beam lithography system with conventional exposure mode.
Jisoo Hwang;N. Y. Ha;H. J. Chang;Park, Byoungchoo;J. W. Wu
한국광학회:학술대회논문집
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한국광학회 2003년도 하계학술발표회
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pp.164-165
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2003
A cholesteric liquid crystal (CLC) system exhibits one-dimensional (1-D) Photonic bandgap (PBG) characteristics in the transmission spectrum through a selective Bragg reflection. Related to the nonlinear optical (NLO) processes in a PBG structure of CLC, the inherent periodicity has been exploited to Phase-match the fundamental and the harmonic waves through the umklapp Processes. Near bandgap edges of a CLC, harmonic generations have been shown to be enhanced significantly through the field localization. (omitted)
We numerically investigate by the finite-difference time-domain method the effects of surface termination on directional emission exiting a photonic crystal waveguide. The directed power and far-field beam profile for the original proposal [E. Moreno et al., Phys. Rev. B 69, 121402 (2004)] and its enhancement [S. K. Morrison et al., Appl. Phys. Lett. 86, 081110 (2005)] are computed for different values of some important parameters. We find another surface termination condition with a positive surface displacement in the structure of the original proposal which has a negative surface displacement. Our surface termination is more effective than the original structure, and nearly as effective as the termination for the enhancement, for directional emission. Besides, our termination is simpler than that for the enhancement. We confirm the effectiveness of directional emission from our termination in its far-field beam profile, radiation intensity distribution, and additionally the wave-vector space representation by the Fourier analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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