Barth, Carlo

Arbeitstitel

Analysis of Photonic Crystals for Interaction with Near-Surface Emitters

Betreuung

Prof. Dr.-Ing. Bernd Rech, TU Berlin; Prof. Dr. rer. nat. Oliver Benson, HU Berlin; Prof. Dr. Christiane Becker, HTW Berlin

Abstract

Die optischen Eigenschaften photonischer Kristalle ermöglichen ein breites Anwendungsspektrum über die photonische Bandlücke hinaus. Um photonische Kristalle für Anregungsverstärkungsanwendungen zu entwickeln müssen sowohl die Erhöhung der Nahfeldenergie als auch die räumliche Verteilung der induzierenden Felder berücksichtigt werden. Die riesigen Parameterräume und Datenmengen, die durch diese Anforderungen entstehen, erfordern leistungsfähige numerische Analysemethoden und ein sehr exaktes Systemlayout.

In dieser Doktorarbeit werden numerische Verfahren zur Analyse und Entwicklung photonischer Kristalle für die Wechselwirkung mit oberflächennahen Emittern, die auf einem Finite-Elemente-Maxwelllöser basieren, untersucht und experimentell überprüft. Dabei werden ein neuartiger Ansatz, basierend auf maschinellem Lernen, zur Klassifizierung der Feldverteilungen photonischer Kristallmoden genutzt und eine numerische Plattform zur Analyse photonischer Kristalle entwickelt.

Die entwickelten und untersuchten Methoden erlauben die Optimierung photonischer Kristallmembranen für praktisch jede auf Anregungsverstärkung beruhende Anwendung. Dies ist u. a. in der Biosensorik zur Detektion von sehr empfindlichen Krebs-Biomarkern oder zur markierungsfreien hochauflösenden Bildgebung für Zellen und Nanopartikel relevant. Ferner können Extraktionserhöhungssysteme verbessert werden, wie z. B. für Leuchtdioden, sowie für viele weitere Anwendungen, etwa Solarzellen und Photodetektoren.