Subwavelength high contrast gratings as optical sensing elements

• Autorzy: Marciniak M. , Gębski M. , Dems M. , Czyszanowski T.

Warianty tytułu

PL

Podfalowe siatki dyfrakcyjne o wysokim kontraście współczynnika załamania światła jako sensory optyczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Subwavelength high contrast gratings (HCG) can be used as high reflective mirrors and can be used as mirrors of vertical-cavity surface-emitting lasers. HCG mirrors can be designed in such a way that they are extremely sensitive to environmental changes - changes in the refractive index of ambient substance or changes in the absorption coefficient may cause changes in mirror reflectivity. This phenomenon can be used to detect liquids and gases. In this paper we present analysis of HCG properties. We consider the various HCG mirror designs and the possibilities of detecting gases and liquids.

PL

Zwierciadła HCG to podfalowe siatki dyfrakcyjne wykonane z materiału o wysokim współczynniku załamania światła. Mogą one zostać wykorzystane jako zwierciadła o wysokiej odbijalności w laserach typu VCSEL. Zwierciadła HCG można zaprojektować w taki sposób, że będą wyjątkowo czułe na zmiany współczynnika załamania światła lub współczynnika absorpcji w otoczeniu zwierciadła. Zmiana tych parametrów powoduje zmianę odbijalności zwierciadła HCG. Zjawisko to może być wykorzystane w sensorach optycznych. W niniejszej pracy prezentujemy analizę właściwości zwierciadeł HCG. Rozważamy różne struktury zwierciadeł HCG i pokazujemy, że mogą być one wykorzystane do detekcji gazów i cieczy.

Słowa kluczowe

EN

vertical-cavity surface-emitting lasers; VCSELs; optical sensors; subwavelength gratings

PL

lasery o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową; VCSEL; czujniki optyczne; podfalowe siatki dyfrakcyjne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Scientific Bulletin. Physics / Lodz University of Technology
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 38
• Strony: 61--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il. kolor., wykr.

Twórcy

autor

Marciniak M.

• Institute of Physics, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Poland
• Institute of Solid State Physics and Center of Nanophotonics, Technische Universität Berlin, Hardenbergstraße 36, D-10623 Berlin, Germany

autor

Gębski M.

• Institute of Physics, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Poland
• Institute of Solid State Physics and Center of Nanophotonics, Technische Universität Berlin, Hardenbergstraße 36, D-10623 Berlin, Germany

autor

Dems M.

• Institute of Physics, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Poland

autor

Czyszanowski T.

• Institute of Physics, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Poland

Bibliografia

• [1] Chang-Hasnain C.J., Yang W. 2012. High-contrast gratings for integrated optoelectronics. Adv. Opt. Photonics 4: 379-440.
• [2] Chung I-S. Mork J., Gilet P., Cheikonov A. 2008. Subwavelength grating-mirror VCSEL with a thin oxide gap. IEEE Photon. Technol. Lett. 20: 105-107.
• [3] Sciancelepore C., Ben Bakir B., Letartre X., Fedeli J.-M., Olivier N., Bordel D., Seassal C., Rojo-Romeo P., Regreny P., Viktorovitch P. 2011. Quasi-3D light confinement in double photonic crystal reflectors VCSELs for CMOS-compatible integration. IEEE J. Lightwave Technology 29: 2015-2024.
• [4] Huang M.C.Y., Zhou Y., Chang-Hasnain C.J. 2007. Surface emitting laser incorporating a high-index-contrast subwavelength grating. Nat. Photonics 1: 119-122.
• [5] Chase C., Rao Y., Hoffmann W., Chang-Hasnain C.J. 2010. 1550 nm high contrast grating VCSEL. Opt. Express 18: 15461-15466.
• [6] Hashemi E., Bengtsson J., Gustavsson J.S., Carlsson S. 2015. TiO2 membrane highcontrast grating reflectors for vertical-cavity light-emitters in the visible wavelength regime. J. Vac. Sci. Technol. B33: 050603.
• [7] Wu T.S. Wu T.T., Syu Y.C., Wu S.H., Chen W.T., Lu T.C., Wang S.C., Chiang H.P., Tsai D.P. 2012. Sub-wavelength GaN-based membrane high contrast grating reflectors. Opt. Express 20: 20551-20557.
• [8] Gębski M., Dems M., Szerling A., Motyka M., Marona L., Kruszka R., Urbańczyk D., Walczakowski M., Pałka N., Wójcik-Jedlińska A., Wang Q.J., Zhang D.H., Bugajski M., Wasiak M., Czyszanowski T. 2015. Monolithic high-index contrast grating: a material independent high-reflectance VCSEL mirror. Opt. Express 23: 11674-11686.
• [9] Marciniak M., Gębski M., Dems M., Haglund E., Larsson A., Riaziat M., Lott J.A., Czyszanowski T. 2016. Optimal parameters of monolithic high-contrast grating mirrors. Optics letters. 41: 3495-3498.
• [10] Karagodsky V., Tran T., Wu M., Chanh-Hasnain C. 2011. Double-Resonant Enhancement of Surface Enhanced Raman Scattering Using High Contrast Grating Resonators. CLEO: 2011 ‒ Laser Applications to Photonic Applications.
• [11] Dems M., Kotyński R., Panajotov K. 2005. Plane Wave Admittance Method – a novel approach for determining the electromagnetic modes in photonic structures. Opt. Express 13: 3196-3207.
• [12] Hodgkinson J., Tatam R.P. 2013. Meas. Sci. Technol. Optical gas sensing: a review. 24: 012004.
• [13] Pettit G.D., Turner W.J. 1965. Refractive Index of InP. J. App. Phys. 36: 2081.
• [14] Li H.H. 1980. Refractive index of silicon and germanium and its wavelength and temperature derivatives. J.Phys. and Chem. Reference data 9: 561.
• [15] Gao L., Lemarchand F., Lequime M. 2012. Exploitation of multiple incidences spectrometric measurements for thin film reverse engineering. Opt. Express 20: 15734.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).